Реферат: Концепция современного естествознания
Вариант № 1
1. Пространство, егосвойства и жизнь во Вселенной
В обыденном восприятиипод пространством понимают некую протяженную пустоту, в которой могут (но необязательно) находиться какие-либо предметы. Однако между небесными телами(звездами, планетами, кометами) всегда имеется некоторое количество вещества,да и физический вакуум содержит виртуальные частицы. В науке пространстворассматривается не как вместилище материи, а как физическая сущность,обладающая конкретными свойствами и структурой.
Основные свойствапространства формировались по мере освоения человеком территорий и развитияодной из древнейших наук — геометрии. Были определены основные представления опространстве, которые использованы И.Ньютоном в его «Математических началахнатуральной философии» (1687): однородность — нет выделенных точекпространства, параллельный перенос и поворот не изменяют вид законов природы;
изотропность — впространстве нет выделенных направлений, и поворот на любой угол сохраняетнеизменными законы природы;
непрерывность — междудвумя различными точками в пространстве, как близко бы они не находились,всегда есть третья;
трехмерность — каждаяточка пространства однозначно определяется набором трех действительных чисел —координат;
«евклидовость» —описывается геометрией Евклида, в которой, согласно пятому постулату,параллельные прямые не пересекаются и сумма внутренних углов треугольника равна180°.
Положение тел вокружающем пространстве определяется тремя координатами (долгота, широта,высота), т.е. наглядным представлениям соответствует трехмерность пространства.Пространство называют искривленным, если в него невозможно ввести координатнуюсистему, которая может считаться прямолинейной. Иначе — оно плоское.
Реальное пространствотрехмерно, т.е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомыи планетные системы, выполняются фундаментальные законы природы. Первыепредставления о пространстве возникли из очевидного существования в природетвердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из него, можно дать определение: пространство выражает порядок сосуществованияфизических тел.
Пустое пространствоидеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен различнымиматериальными объектами.
Пространство относительно. Специальная теория относительностиобъединила пространство и время в единый континуум пространство — время.
Изотропность пространстваозначает инвариантностьфизических законов относительно выбора направления осей координат системы отсчета,т.е. относительно ее поворота в пространстве на любой угол.
Функциональным мыназываем пространство, образуемое последовательно сменяющимися материальнымиобъектами. Объективно-реальное, функциональное пространство существует, имеетстатус физической реальности лишь с момента возникновения материальных вещей идо их исчезновения как таковых (точнее, до воплощения их материальногосодержания в другие, последующие материальные вещи). Называем же мыфункциональными пространство и время в связи с тем, что само их существование,все их свойства всецело зависят от изменений, происходящих в материальныхвещах, явлениях и процессах как под действием содержащихся в них потенциальныхвозможностей, так и под влиянием их взаимодействия с внешней окружающей средой.В результате каждого качественного изменения образуются новое время и новоепространство, имеющие физический смысл, физическое значение. Трудности на путиисследования проблемы пространства связаны еще и с тем, что ученые вкладывают впонятие реальное пространство разный смысл, причем смысл, далеко не совпадающийс понятием функционального времени.
Основные свойствапространства – его всеобщность, протяженность и координированность егочастей. Координированность частей пространства определяет его структуру,протяженность – топологию. И совершенно очевидно, что закономерностипространства – это прежде всего и только закономерности материи. Нопоскольку материя существует в различных формах и видах, постольку ипространство должно быть многообразно по своим видам и формам. Данный фактопределяет еще одно основное свойство пространства – его относительность.Здесь следует заметить, что, строго говоря, законы геометрии не зависят отстроения материального объекта, но они определяются законами связей объектов, ипоэтому, ввиду многообразия этих связей, многообразными должны быть игеометрии, что мы и наблюдаем. Таким образом, можно сделать самый общий вывод,имеющий большое методологическое значение: закономерности пространстваотносительны и обусловлены, геометрии пространства многообразны. Важнейшеесвойство пространства – объективность. Чистого пространства, не связанного сматериальными объектами, не существует.
2. Виды химическихсвязей и их объяснение с точки зрения строения атомов
Свойства веществаопределяются его химическим составом, порядком соединения в молекулу атомов иих взаимным влиянием. Теория строения атомов объясняет механизм образованиямолекул и природу химической связи. Важнейшими видами химической связи являютсяионная, ковалентная, координационная, водородная и металлическая.
Химия изучает процессыпревращения молекул при взаимодействиях и при воздействии на них внешнихфакторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного поля), во времякоторых образуются новые химические связи. Взаимодействие электронных оболочекатомов порождает химические связи, создающие определенные конфигурации атомов,отличающие один тип молекулы от другого. Если атомные конфигурации подходятдруг к другу, возникает структура, несколько большая, чем до этого быласовокупность из атомов по отдельности. Получается насыщенная молекула,присоединить к ней еще какой-то атом почти невозможно. Насыщаемость молекулопределяет их постоянный состав для данного вещества и связана с валентностью —способностью атома образовывать химические связи. Инертные газы с трудомобразуют химические соединения, так как имеют устойчивую электронную оболочку.Внешняя оболочка атома, которая содержит орбитали самых высоких энергий атома,называется валентной.
Понятие валентности,введенное в науку для описания свойства одного изолированного атома, постепенностало отражать свойства связанного атома, т.е. атома, находящегося в молекуле иизменившего свои свойства под влиянием других атомов. Современные представленияо химической связи основаны на современной теории валентности. Термин «связь»оказался очень точен. Случайных связей не бывает — существуют правила ихвозникновения. При образовании связи атомы приближаются к достижению наиболееустойчивой электронной конфигурации, т. е. имеющей более низкую энергию. Дляобъяснения химической связи между атомами в молекулах солей, оксидов и щелочейнаиболее пригодна теория, в основу которой положено представление об ионнойсвязи.
Совокупность химическисвязанных атомов (молекула, кристалл) состоит из атомных ядер и связанных сними электронов. Положение атомных ядер экспериментально устанавливаетсядовольно точно. Распределение электронной плотности фиксируется менее точно,поскольку в молекуле каждый из валентных электронов может быть обнаружен вокрестности любого ядра. Тем не менее, каждому из этих валентных электронов,как и в атоме, соответствует определенный энергетический уровень, называемый />молекулярной орбиталью. При построении молекулярных орбиталейиспользуется Кроме этого подхода рассмотрим основанный на предположении, чтохимическая связь осуществляется одной или несколькими электронными парами, локализованнымимежду взаимодействующими атомами.
Ионная связь, основаннаяна переносе валентных электронов от одного атома к другому и электростатическомпритяжении этих образовавшихся ионов, — самый распространенный вид связи.Молекула представляется электрическим диполем, а центры ионов в нем расположенына определенном расстоянии друг от друга, называемом длиной связи. Приковалентной связи прочное соединение нейтральных атомов достигается за счетболее глубокого взаимодействия между ними, например связь атомов углерода вкристалле алмаза или в молекуле Н2. Металлическая связь проявляется, когдаатомы металла обобществляют валентные электроны, слабо связанные с атомнымиостовами.
3. Почему избыточноеколичество пищи приводит к ожирению? Откуда берется энергия для жизни и каковапри этом роль АТФ?
Главным условием жизникак организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергиис окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живойклетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима идля осуществления большинства функций клетки (поглощение веществ, двигательныереакции, биосинтез жизненно важных соединений). Источником энергии в этихслучаях служит расщепление органических веществ в клетке.
Энергетический обмен вклетке. Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце.Энергия, приносимая световыми квантами (фотонами), поглощается пигментомхлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается ввиде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки иорганизмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, какимисточником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными (зеленыерастения), СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарныеорганические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложныемолекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными (животные клетки),получают энергию из различных питательных веществ (углеводов, жиров и белков),синтезируемых аутотрофными организмами. Клеточное дыхание — это окислениеорганических веществ, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Аденозинтрифосфат(сокр. ATФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль вобмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно какуниверсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих вживых системах. Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергиеймногочисленных биохимических реакций. Являясь носителем двухвысокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии длямножества энергозатратных биохимических и физиологических процессов. Все этореакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переносамолекул через биологические мембраны, в том числе и для созданиятрансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения.Таким образом, АТФ — это главный универсальный поставщик энергии в клетках всехживых организмов.
В течение всей жизни ворганизме человека непрерывно совершается обмен веществ и энергии. Источникомнеобходимых организму строительных материалов и энергии являются питательные вещества,поступающие из внешней среды в основном с пищей. Полноценное рациональноепитание – важное условие существования человека, сохранения его здоровья иработоспособности. Длительные отклонения от нормальных структур, уровней,калорийности пищевого рациона, состава по качеству белков, жиров и углеводов,витаминов, минеральных веществ, правильных режимов питания, температурныххарактеристик принимаемой пищи объективно сопровождаются теми или инымипатологическими изменениями состояний организмов людей, их жизненно важныхфункций и становится одной из главных причин возникновения сердечно-сосудистыхзаболеваний, заболеваний органов пищеварения, болезней, связанных с нарушениемобмена веществ, таких как ожирение и сахарный диабет. Под изменением внутреннейэнергии мы подразумеваем её затраты на поддержание температуры тела,перегруппировку атомов пищи в клетки организма и, наконец, запас энергии в видежиров. Зная это, диетологи могут смело советовать желающим увеличить свой вес всостоянии покоя (когда величина совершаемой работы мала) поглощать как можнобольше высококалорийной пищи — жиров и углеводов: тогда излишняя внутренняяэнергия пойдет на организацию запаса жиров в организме. Напротив, желающимпохудеть обычно рекомендуют побольше двигаться и поменьше есть булочек ипирожков (то есть уменьшить количество энергии, поступающей в виде пищи).
Обмен веществ(метаболизм) — это совокупность изменений и превращений вещества и энергии ворганизмах, обеспечивающих их рост, развитие, жизнедеятельность, самовоспроизведениеи самосохранение. Процесс метаболизма — это непрерывно протекающие реакциипотребления и усвоения поступающих веществ, превращения их в собственное телоорганизма {ассимиляции), а также противоположные реакции — разрушения некоторыхвеществ {диссимиляции). Пищеварение включает в себя процессы расщепления. Длякаждого вида организмов генетически закреплен свой тип обмена веществ,зависящий от условий существования. коферментов к кислороду.
4. Открытие реакциирасщепления ядер урана и значение его открытия для человечества
Уран-элемент №92 занимаетв современной жизни особое место. Главный элемент атомной энергетики и сырьедля получения другою главного энергетического элемента – плутония, он причастенко многим большим открытиям XX в. Уран оказал серьезное влияние и намногие аспекты нашего бытия, далекие от науки, в частности на международнуюполитику. Первая важная дата в истории урана – 1789 г., когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлеченную изсаксонской смоляной руды золотисто-желтую «землю» до черного металлоподобноговещества. В честь самой далекой из известных тогда планет (открытой УильямомГершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом,назвал его ураном. Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. француз Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уранКлапрота не элемент, а окисел UO2. Пелиго удалось получить настоящий уран –тяжелый металл серо-стального цвета.
Так свершилосьосновополагающее открытие ядерной физики – открытие радиоактивности. ВскореБеккерель, а затем и другие физики установили, что интенсивность излученияпропорциональна числу атомов урана, содержащихся в препарате, и не зависит оттого, в какое химическое соединение они входят. Больше урана – сильнее излучение.В 1899 г. Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратовнеоднородно, что есть два вида излучения – альфа- и бета-лучи. Они несутразличный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе иионизирующая способность. Чуть позже, в мае 1900 г., Поль Вийар открыл третий вид излучения – гамма-лучи… Великие открытия 30-х годов леглив основу современной ядерной физики и атомной энергетики. Они позволили глубжепонять строение атома. В нейтронных потоках урановых реакторов в наши днитоннами накапливаются элементы, в десятки раз более ценные, чем золото. Однакооткрытие процесса самопроизвольного ядерного деления одновременно поставилочеловечество перед опасностью всемирной ядерной катастрофы. Открытиерасщепления урана, ставшее одной из важнейших вех на пути к атомному веку, былосамым крупным его достижением. Применение открытия Гана для создания средствмассового уничтожения объясняется сложившимися политическими условиями.