Основы естественно-научных знаний

Химия в системе наук

Химия - наука о веществах, их свойствах, строении и взаимных превращениях. Под веществом понимается любая совокупность атомов и молекул. Традиционная химия изучает реакции, которые происходят на макроскопическом, атомно-молекулярном уровне. Предмет химии - химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции. Прежде всего выделяют органическую и неорганическую химию. Это деление возникло давно и связано с двумя основными классами изучаемых химией веществ. Одним из передовых направлений химии является биохимия - наука, исследующая химические основы жизни. Современная химия тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. Ни одно серьёзное химической исследование не обходится без использования физических методов для установления структуры веществ и математических методов для анализа результатов исследований. Химия относится к числу естественных наук, изучающих многообразный мир, окружающий нас, со всем богатством его форм и происходящих в нём явлений. Она изучает основу материи, её основание, строение, природу каких-либо процессов и реакций в материальном мире, а также формы движения материи. Одни формы движения материи могут переходить в другие. Так, механическое движение переходит в тепловое, тепловое в химическое, химическое в электрическое и т.д.

Принцип относительности Эйнштейна

Эйнштейн решил теорию относительности при изучении эффектов электрического и магнитного полей, а также при скоростях движения тел, близких к скорости света. В разработанной теории говорилось об изменениях пространства, времени и массы, когда тело движется со скоростью, близкой к скорости света. В такой ситуации пространство растягивается, время замедляется, а масса возрастает. Следствием специальной теории относительности стала знаменитая формула Эйнштейна о взаимосвязи энергии и массы E=mc². а также было установлено, что пространство однородно и изотропно, время однородно, образуя при этом единое четырёхмерное пространство - время. Эффекты специальной теории относительности могут наблюдаться при любых скоростях, но заметны лишь при скоростях, близких к скорости света. Из теории также следовало, что для распространения света эфир не нужен, т.к. волновые характеристики света - объективно существующее свойство любого электромагнитного излучения, как и корпускулярность.

Особенности биологического уровня организации материи

Основой биологического уровня организации материи является белок (протеин). Именно из белков главным образом построены живые организмы. Белки служат незаменимым строительным материалом для всех структур, т.е. выполняют пластическую роль в организме, участвуют, будучи составной частью ферментов и гормонов, в реакциях обмена веществ и осуществляют многие другие функции. Обязательными субстратами живого являются жиры и углеводы, а также вода, газы, минеральные соли и др. жиры (липиды) по сравнению с белками и углеводами обладают большой энергоёмкостью, поэтому они являются аккумуляторами в организме энергии, отложенной про запас. Велика роль жиров и в сохранении теплового баланса организма. Жировая ткань также предохраняет органы от механических повреждений. А также служит для организма источником жирорастворимых витаминов А,Е,Д,К и материалом для синтеза некоторых гормонов. Углеводы (глициды) служат важным источником энергии для организма, потребность в них особенно увеличивается при повышенной нагрузке на мышечную и нервную системы. Уровни организации живых систем упорядочены, они представляют собой иерархическую систему, которая является одним из основных свойств живого. В биологической микросистеме выделяют молекулярный и клеточный уровни, в биологической мезосистеме - тканевый, органный и организменный, в биологической макросистеме - популяционно-видовой, биосферный. Ещё одна особенность биологического уровня организации материи - ограниченный срок жизни организмов. Организм неуклонно развивается, проходя все возрастные периоды.

Пространство и время в классической механике и теории относительности

Пространство - логически мыслимая форма, служащая средой существования материальных объектов и процессов. Пространство характеризует структурность и протяжённость материальных систем. Пространственным характеристиками являются положение предмета относительно других тел, расстояние между ними, углы между различными пространственными направлениями.

Время - форма последовательной смены явлений и состояний материи, форма существования материи, заключающаяся в закономерной координации сменяющих друг друга явлений. Оно существует объективно и неразрывно связано с движущейся материей. Временными характеристиками являются моменты, в которые происходят явления, продолжительность процессов. Пространство и время не существует вне материи и независимо от неё.

Отношение между пространственным и временными величинами называются метрическими. Существуют также и топологические характеристики пространства и времени: «соприкосновение» различных объектов, число направлений. Чаще пространство и время неотделимы друг от друга, а пространственные и временные отношения связаны воедино. С помощью пространства и времени описывают различные материальные объекты, предметы и явления. Обычно для описания положения точки в пространстве пользуются декартовой системой координат и часами, но существуют и другие системы отсчёта, например инерциальные. В них тела, на которые не действуют внешние силы, движутся с постоянной скоростью или покоятся. И. Ньютон, основоположник классической физики, предполагал, что есть некая абсолютная система отсчёта, связанная с «эфиром» - реальной субстанцией, заполняющей всё пространство. В ней можно было однозначно описывать все происходящие в мире движения, указывая абсолютное положение тел. Ньютон считал, что существует и равномерное течение времени, «нормальные часы», с помощью которых можно отсчитывать время в любой точке. Теории Ньютона в основе своей базировались на идеях древних атомистов (Демокрита, Эпикура, Лукреция), которые ввели понятие пустого пространства и рассматривали его как однородное и бесконечное.

Особенности живого

Живая система - совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющий новые качества, не свойственный входящим в систему элементам. Живыми системами являются и отдельные клетки, и различные такни, и органы тела, и биологические виды и их сообщества, целые экосистемы.

Живым системам присущи черты:

Единство химического состава

Обмен веществ

Самовоспроизведение или репродукция

Наследственность

Изменчивость

Развитие и рост

Раздражимость

Дискретность и целостность

Самоорганизация

Принцип эквивалентности и общая теория относительности

Принцип эквивалентности подразделяется на:

Инертная и гравитационная массы. Массу тела можно определить путем измерения испытываемого телом ускорения под действием известной силы:

Мин = F/a

Определяемая таким путем масса, обозначаемая Мин, известная под названием инертной массы. Замечательно, что инертные массы всех тел в пределах точности измерений пропорциональны их гравитационным массам.

Принцип эквивалентности. Ни разу не было обнаружено никакого различия между инертной и гравитационной массами тела. Действия ускоренного движения и силы тяжести полностью взаимно уничтожаются. Наблюдатель, сидящий в закрытом лифте и регистрирующий силы, представляющие ему гравитационными, не может сказать, какая доля этих сил обусловлена ускорением и какая - действительными гравитационными силами. Он вообще не обнаружил никаких сил, если только на лифт не подействуют какие-либо другие силы. Постулированный принцип эквивалентности требует, в частности, чтобы отношение инертных масс к гравитационным удовлетворяло тождеству:

Мин/Мгр = 1

Поиски математических следствий принципа эквивалентности приводят к общей теории относительности. Общая теория относительности - геометрическая  теория  тяготения, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915--1916 годах. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием  тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО гравитация не является силовым взаимодействием. Общая теория  относительности  отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в пространстве материей. ОТО до настоящее времени является самой успешной гравитационной теорией, хорошо подтверждённой наблюдениями. Первый успех общей теории относительности состоял в объяснении аномальной прецессии перигелия Меркурия. Затем Артур Эддингтон сообщил о наблюдении отклонения света вблизи Солнца в момент полного затмения, что подтвердило предсказания общей теории относительности. С тех пор многие другие наблюдения и эксперименты подтвердили значительное количество предсказаний теории, включая гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержку сигнала в гравитационном поле и, пока лишь косвенно, гравитационное излучение. Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности -- существования чёрных дыр. Несмотря на успех общей теории относительности, в научном сообществе существует дискомфорт, связанный с тем, что её не удаётся переформулировать как классический предел квантовой теории из-за появления неустранимых математических расходимостей при рассмотрении чёрных дыр и вообще сингулярностей пространства-времени. Для решения этой проблемы был предложен ряд альтернативных теорий.

Вероятностный характер законом биологии

Влияние тяготения на свойства пространства и времени

Генетика и эволюция

Генетика - это биологическая наука о наследственности и не изменчивости организмов и методах управления ими. Ген - наследственный фактор, функционально наделённая единица генетического материала. Генотип - совокупность генов данной клетки или организма. В процессе взаимодействия генотипа и внешней среды формируется фенотип - совокупность всех признаков и свойств особи. Программа структуры организма, его поведения и будущего записана в генах. Дж. Уотсон совместно с Ф. Криком расшифровали структуру генов и принципы их изменения. Выяснилось, что гены способны делиться. В гене закодирована информация о будущем синтезе белка, причём очерёдность и порядок его самосборки определяются структурой ДНК. Г. Мендель - обнаружил закономерность наследственности. Наследственность - свойство организмов передавать свои признаки и особенности следующему поколению, которое позволяет живым организмам сохранять из поколения в поколение характерные черты вида, породы, сорта. Наследственность осуществляется через размножение. Изменчивость - присущее всему живому свойство изменять свои биохимические, морфологические и физиологические признаки на любом этапе развития, а не только на уровне зачатия и развития плода, когда формируется генотип особи. Различают наследственную и ненаследственную изменчивость.

Размещено на Allbest.ru