Вход

Научная картина мира

Реферат по социологии
Дата добавления: 19 июня 2006
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 378 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
История Вселенно й Рождение Вселенной В соответствии с данными космогонии , Вселенная возникла в результате взрывн ого процесс а , получившего название Большой взрыв , произошедше го около 14 млрд . лет назад . Теория Большого взрыва хорош о согласуется с наблюдаем ыми фактами (например , расширением Вселенной и преоб ладанием водорода ) и позволила сделать верные предсказания , в частности , о существовании и параметра х реликтового излучения . В момент Большого взрыва Вселенная зан имала микроскопические , квантовые размеры. В соответс твии с Инфляци онной моделью , Большой взрыв порождён флуктуацией вакуума , находящимся в особом состоянии , называе мом ложным вакуумом или инфлатонным скалярным полем . Причина флуктуации — квантовые колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне ; вероятность кру пной флуктуации низка , но отлична от нуля . В результате флуктуации вакуум вышел из состояния равновесия (подобно тому , как ш арик , прыгающий в ямке , может из неё вы скочить при достаточно с ильном прыжке , см . ту ннельный эффект ) и перешёл в новое состояние — обычного вакуума (ново е состояние равновесия , другая ямка в аналогии с ша риком ). В результате фазового п ерехода вакуума из одн ого состояния в другое произошло резкое расширение пространства и образовалось вещество — массивные частицы и излучение . При этом закон сохранения энергии не нарушился в том случае , если энергия частиц и излучения в точности равна отрицательной энергии гр а витац ионного поля . По другой гипотезе энергия в ыделилась в результате перехода вакуума в состояние с меньшим энергетическим уровнем . Появление массы из « ничего» также не противоречит физическим законам , например , рождение пары частица- античастица из ваку ума можно наблюдать и сейчас в неко торых научных экспериментах. Предполагается , что в момент инфляционного расширения Вселенная была пустой и холод ной (существовал только вакуум ), а затем за полнилась горячим веществом , продолжавшим расширя ться. Некоторые физики допускают возможность мн ожест венности подобных событий , а значит и множественность вселенных , обладающих разными свойствами . Тот факт , что наша Вселенная приспособлена для образования жизни может объясняться случайностью — в «менее присп особленных» вселенных просто некому это анали зи р овать (см . Ан тропный принцип и статью [1] ). Ряд учё ных выдвинули концепцию «кипящей Мультивселенной » , в которой непрерывно рождаются новые вс еленные и у этого процесса нет начала и конца. Необходимо отметить , что сам факт Большого взрыва с высок ой долей вероятности можно считать доказанным , но объяснения его причин и подробные описания того , как это происходило , по ка относятся к разряду гипотез . Эволюция Вселенной Расширение и ост ывание Вселенной привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их совре менной форме. Доминирующие гипотезы сводятся к тому , что первые 300 — 400 тыс . лет Вселенная была заполнена только ионизированным водородом и гелие м . По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние , образовав обычный газ . Предположительно чере з 500 млн . лет . зажглись первые звёзды , а сгустки вещества , образовавшиеся на ранних стадиях благодаря квантовым флуктуациям , превратились в галактики . В ре зультате термоядерных реакций в звёзд ах были синтезированы более тяжё лые эл ементы (вплоть до углерода ). Во время взрывов св ерхновых звёзд образовались ещё более тяжёлые элементы . В молодых галактиках процесс образо вания и гибели звёзд шёл очень бурно . Чем массивнее звезда , тем быстрее она гибн ет и рассеивает бо м л ьшую часть своего вещества в пространстве , обогащая его разнообразными химическими элементами . После взрывов вещество сгущалось снова , в результате чего зажига лись звёзды следующих поколений , вокруг котор ых образовывались планетные системы . Поэтическая фр а за «мы состоим из пепла давно угасших звёзд» полностью соответствует действительности. Образование планетных систем Образование звёз д и планетных систем изучает наука космогония . Под дей ствием гравитации в газопылевых облаках формируются сгущения с образованием вращающихся газопыле вых дисков . Основная масса вещества концентри руется в центра диска , где растёт темпера тура , в результате чего начинается термоядерная реакция и вспых ивает звезда (рождения звёзд в газопылевы х облаках наблюдались в телескоп ). В остальных частях диска образ уются планеты . Как показывают исследования последних лет , планетные системы вокруг звёзд весьма распро странены (во всяком случае в нашей Галактике ). В Галактике имеется несколько сотен миллиардов звёзд и , по-видимом у , не меньше е количество планет. Со лнечная система образовалась около 5 млрд . лет на зад . Мы находимся в периферийной части нашей Галактики (хотя и достаточно далеко от её края ). Особенностью Солнечной системы является тот факт , что планеты в ней движутся по круговым орбитам . Бо м льшая часть откр ытых внесолнечных планет движутся по вытянутым орбитам. См . также статью происхождение Солнечной системы . Устройство Вселенной Одно из важн ейших свойств Вселенной — она расширяется , причём ускоренно . Чем дальше расположен объ ект от нашей галакти ки , тем быс трее он от нас удаляется (но это не означает , что мы находимся в центре мир а : то же самое справедливо для любой т очки пространства ). Видимое вещество во Вселенной структуриро вано в звёздные скопления — галактики . Галактики образуют группы , которые , в свою очередь , входят в сверхскопления галактик . Сверхскопления сосредо точены в основном внутри плоских слоёв , ме жду которыми находится пространство , практически свободное от галактик . Таким образом , в очень больших масштабах Вселенная имеет яч еистую структуру , напоминающую «ноздреватую» стру ктуру хлеба . Однако на больших расстоя ниях (порядка 1 млрд . световых лет ) вещество во Вселенной распределено однородно. Помимо видимого вещества во Вселенной присутствует тёмная материя , проявля ющаяся через гравитационное воздействие . Тёмная материя также сосредоточена в галактиках . Кроме того , имеется гипотети ческая тёмная энергия , которая является причиной ус коренного расширения Вселенной . По одной из гипотез ( [2] ) в момен т Большого взрыва вся тём ная энергия была «спрессована» в маленьком объёме , что и послужило причиной взрыва (по другим гипотезам тёмная энергия может проявляться лишь на больших расстояниях ). Согласно рас чётам свыше 70 % массы во Вселенной приходится на тёмную энергию (е сли перевести энергию в массу по формуле Эйнштейна ), свыше 20 % — на тёмную материю и лишь около 5 % — на обычное вещество. Устройство прост ранства и материи Пространство и время Понятия пространства и време ни соста вляют основу физики . Согласно классической физике , созданной Исааком Ньютоном , физические взаимодействия разворачиваются в бесконечном трёхмерном пространстве — так называемом абсолютном пространстве , время в к отором может быть померено универсальными часами ( абсолютное время ). В начале двадцатого века учёные обнару жили в ньютоновской физике некоторые противор ечия . В частности , физики не могли обьясни ть , каким образом скорость света остаётся постоянной вне завис имости от того , дв ижется ли наблюдатель . Альбе рт Эйнштейн разрешил этот парадокс в своей специальной теории относ ительности . В соответствии с теорией относительности , пространство и время относит ельны — результаты измерения длины и вре мени зависят от того , движется наблюдатель или нет . Этот эффект проявляется , к прим еру , в необходимости корректировать часы на спутниках Земли. Основываясь на теории Эйнштейна , Герман Минковский создал элегантную теорию , описывающую простр анство и время как 4-х мерное пространство-время (пространство Минковского ). В прос транстве-времени расстояния (точнее , гипер р асстояния , так как они включают время как одну из координат ) абсолютны : они одинако вы для любого наблюдателя. Создав специальную теории относ ительности , Эйнштейн обобщил её на случай грави тации в обще й теорией относительности . В общей теории относительности , массивные тела созда ют гравитационное поле , которое «искривляет» пространство и время. Согласно экспериментальным данным , пространств о нашей Вселенной на больших расстояниях имеет нулевую либо очень мале нькую пол ожительную кривизну . Это объ ясняют быстрым расширением Вселенной в начальный момент , в результате чего элемент ы кривизны пространства выровнялись (см . Инфляционная модель Вселенной ). В нашей Вселенной пространство имеет т ри измерения (согласно некоторым теориям имею тся дополнительные измерения на микрорасстоя ниях ), а время — одно . Обьяснение этому пока не найдено. Время движется только в одном направле нии ( «стрела времени» ), и возврат в прошлое возможе н только в научной фантастике . Фундаментальны е причины этого пока неизвестны . Одно из обьяснений основывается на втором зак оне термодинамики , согласно которому энтропия может только возрастать и поэтому определяет нап равленность времени . Рост энтропии объясняется вероятностными причинами (все физические процес сы обратимы на квантовом уровне , но вероят ность цепочки событий в «прямом» и «обрат ном» напр авлении может быть разной ). Физический вакуум Вакуум не является абсолютной пустот ой . В соответствии с квантовой теорией поля в вакуу ме непрерывно ро ждаются и умирают виртуальные частицы , которые при определённых условиях мог ут превращ аться в реальные . Например , в ряде физичес ких опытов из вакуума рождаются пары част ица- античастица (с превр ащением эн ергии в массу ). Согласно неко торым теориям , вакуум может находится в ра зных состояниях с разными уровнями энергии . Современная наука пока не даёт удовлетвори тельного описания структуры и свойств вакуума . Элементарные частицы Согласно стандартной модели всё ве щество (включая св ет ) состоит из 12 фунд аментальных элементарных частиц и 12 части ц-переносч иков взаимодействий . В это число входят кварк и (из которых состоят протоны и нейтроны ), электроны , фотон ы и другие элементарные частицы . Всем элементарным частицам присущ корпускулярно-волновой дуали зм : с одной стороны , частицы предстовляют собой е диные , неделимые объекты , с другой стороны , они в определённом смысле «размазаны» в простра нстве . При определённых условиях та кая «размазанность» может принимать даже макр оскопические размеры . Квантовая механика описывает частицу используя та к называемую волновую функцию , которая определяет не где точно нах одится частица , а где бы она могла нах одиться и с какой вероятностью . Таким обра зом , поведение частиц носит принципиально вер оятностный характер : вследствие вероятностной «ра змазанности» частицы в пространстве мы не мо ж ем с абсолютной уверенностью определить её местоположение (см . принцип неопределённ ости ). Но в макромире дуализм незначителен. Пока неизвестны причины того , почему и меется именно такой набор частиц , причины наличия массы у не которых из них и ряда других параметров . Перед физикой стоит задача построить теори ю , в которой свойства частиц вытекали бы из свойств вакуума . Взаимодействия В природе су ществуют четыре фундаментальные силы и все физические явления обусловлены всего четырьмя видами взаимодействий (в порядке убывания силы ): · сильное взаимодействие соединяет кварк и в адрон ы и удерживает нуклоны в составе атомного ядра ( действует на расстояниях порядка 10 -13 см ); · электромагнитное взаимодействие действует между частицами , имеющими электрический заряд , и «отве тственно» за явления электромагнетизма ; · слабое взаимодействие обусловлива ет большинство распадов элементарных частиц , взаимодейст вия нейтрино с веществом и др . (действует на расстоянии порядка 10 -16 см ); · благодаря гравитационному взаимодействию объекты , имеющие массу , притягиваются друг к друг у . Согласно новейши м теориям , взаимодействие происходит благодаря переносу частицы-носителя взаимодействия между взаимодействующими частицами . Например , электромагнитн ое вз аимодействие между двумя электронами происходит в результате переноса фотон а между ними . Природа гравитационного взаимодействия пока точно неизвестна , предположительно оно п роисходит в результате переноса гипотетических частиц гравитонов . Многие физики-теоретики полагают , что в действительности в природе имеется лишь од но взаимодействие , которое может проявляться в четырёх формах (подобно тому , как всё многообразие химических реакций есть различные проявления о дних и тех же квантов ых эффектов ). Поэтому задача фундаментальной ф изики — разработка теории «великого объедине ния» взаимодействий . К настоящему времени раз работана лишь теория электрослабого взаимодействия , объединивше го слабое и электромагнит ное взаимодейств ия. Как предполагают , в момент Большого взрыва действовало единое взаимодействие , которое разделилось на четыре в первые мгновения существов ания нашего мира. Атомы , молекулы и химические вещества Вещество , с к оторым мы сталкиваемся в повседневной жизни , состоит из атомов . В соста в атомов входит атомное ядро , состоящее из протонов и нейтронов , а также электроны , «вращающиеся» вокруг ядра ( квантовая механика использует понятие «электронное облако» ). Протоны и нейтроны относятся к адрон ам (кото рые состоят из кварк ов ). След ует отметить , что в лабораторных условия х удалось получить «атомы» , состоящие и из других элементарных частиц. Атомы каждого х имического элемента имеют в своём составе одно и то же количеств о протонов , называемое атомным номером или зар ядом ядра . Однако количество нейтронов может различаться , поэтому один хим ический элемент может быть представлен нескол ькими изотопами . В настоящее время известно свыше 110 э лементов , наиболее массивные из которых нестабильны (см . также Таблица Менделеева ). Атомы могут взаимодействовать друг с другом , образуя химические вещества . Взаимодейст вие происходит на уровне их электронных оболочек . Химические ве щества чрезвычайно многообразны . Наука пока не р ешила задачу точного предсказания физических свойств химических веществ. Жизнь Устройство живых организмов , гены и ДН К Живые организмы состоят из органических веществ . Характеристики организмов кодируются набором генов , в котор ых записана вся наследственная информация . Ко личество гено в может варьировать от не скольких сотен у простейших вирус ов до десятков тысяч у высших организмов (около 30 тыс . у человека ). Носителем генетической информации являетс я ДНК — орга ническая структура в виде двойной спирали . Информация записана с помощью последовательнос ти нуклеотидов . В генетиче ском коде используется всего лишь 4 «буквы»-нуклеотида ; код един для всех живых организ мо в. Генетическая информация реализуется при экс прессии генов в проце ссах транскрипции и трансляции . Передача генетической информации следующему поколению происходит в результате репликации (самокопирования ДНК ). Помимо генов в ДНК имеются некодирующи е участки , функции которых пока ещё не ясны. Генетика достигла впечатляющих успехов . Учён ые уже умеют внедрять гены отдних организ мов в другие , клонировать живые существа , «включать» и «выключа ть» определённые ген ы и многое другое . Это привносит проблемы морального плана. Принципы эволюции Согласно теории эволюции развитие жизни на Земле , в том числе усложнение живых организмов происходит в результате случайных мутаций и последующего естественного отбора наиболее удачных из них (о механизмах эволюции см . [3] ). Развитие таких сложных приспособлений , как глаз в резул ьтате случайных изменений может показаться не вероятным . Однако анализ примитивных биологически х видов и палеонтологических данных показывает , что эволюция даже самых сложных органов происходила через цепочку небольших изменений , каждое из которых по отдельнос ти не представляет ничего необычного . Ком пьютерное моделирование развития глаза позволило сделать вывод , что его эволюция могла бы осуществляться даже быстрее , чем это происходило в реальности (см . статью [4] ). В целом , эволюция , усложнение систем ес ть фундаментальное свойство природы , воспроизводи мое в лабораторных условиях . Это не против оречит закону возрастания энтропии , так как справедливо для незамкн утых систем (если через систему пропускать энергию , то энтропия в ней может уменьш аться ). Процессы самопроизвольного усложнения изуч ает наука синергетика . Один из примеров эволюции неживых систем — форм ирование десятков атомов на осно ве лишь трёх частиц и образование миллиар дов сложнейших химических веществ на основе атомов. История жизни на Земле Зарождение жизни на Земле представляе т пока не до конц а решённую пробле му . Даже самые примитивые организмы не мог ли образоваться непосредственно из простых хи мических веществ . Поэтому появлению жизни пре дшествовала химическая эволюция , о ходе которой имеются пока ещё только гипотезы. Согласно палеонтологическим данным , первые прокариоты ( бактерии ) появились около 4 млрд . лет назад . Первые эукариоты (клетки с ядром ) образовали сь примерно 2 млрд . лет назад в результате симбиоза прокариот . Первые многоклеточные организмы появились около 1 млрд . лет назад в ре зул ьтате симбиоза эукариот . Около 600 млн . лет назад появились многие знакомые нам животные (например , рыбы , членистоногие и др .). 400 млн . лет назад жизнь вышла на сушу . 300 млн . лет назад появились деревья (с твё рдыми волокнами ) и пресмыкающиеся , 200 млн . лет назад — динозавры и яйцекладущие млекопитающие , 65 млн . ле т назад вымерли динозавры и появились плацентарные млекопитающ ие , около 100 тыс . лет назад появился совреме нный человек (см . Геохронологическая ш кала и сайт [5] ). Происхождение человека Расхождение пред ков современных человекообразных обезьян и че ловека произошло около 15 млн . лет назад . При мерно 5 млн . лет наза д появились первые гоминиды — австралопитеки . Следует отметить , что формирование «человеческих» черт шло одновременно у нескольких видов гоми нид (такой параллелизм в истории эволюционных изменений наблюдался неоднократно ). Около 2,5 млн . лет назад от австралопи теков обособился первый представитель род а Homo — человек умелый ( Homo habilis ), который уже умел изготавливать каменные орудия . 1,6 млн . лет назад на смену Homo habilis пришёл челове к прямоходящий ( Homo erectus , питекантроп ) с увеличенным объёмом мозга . Современный человек (кроманьонец ) появился около 100 тыс . лет наз ад в Африке . Примерно 40 тыс . лет назад к романьонцы перебрались в Европу , вытеснив дру гой вид Homo sapiens — неандертальцев . Ссылки на литературу. 1. Статья академика В . Гинзбурга о нерешённых научных проблемах http://elementy.ru/lib/25524/25530 2. Энциклопедия науки http://elementy.ru/trefil 3. Сайт по эволюции http://macroevolution.narod.ru/
© Рефератбанк, 2002 - 2018