- •1.Дайте определения «естествознания», назовите цели естествознания. В чем заключается специфика рационального мышления. Почему физика занимает особое место в современном естествознании?
- •3.Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •4. Структурные уровни организации материи: микро-, макро-, мегамир.
- •5. Фундаментальные понятия: материя, пространство, время, движение
- •6. Механика Галилея
- •7. Механика Ньютона
- •8. Механический детерминизм. Причинность
- •9. Термодинамика как наука о тепловых процессах. I и II начала термодинамики. Нулевое начало термодинамики.
- •II начало термодинамики.
- •10.Динамические и статистические закономерности. Необратимость в сложных системах.
- •11. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла
- •12. Энтропия в равновесных системах. Энтропия – мера хаоса. Стрела времени. Энтропия равновесных систем
- •13. Энтропия. Вероятностная трактовка.
- •14.Принципы дальнодействия и близкодействия в электромагнетизме.
- •16. Основные следствия сто.
- •17.Назовите основные постулаты ото. Инертная и гравитационная масса.
- •17.Что такое «парадокс близнецов»? Объясните его с помощью формул Лоренца.
- •Замедление времени
- •19.Эмпирические доказательства теории относительности.
- •20. Волна как распространяющееся возмущение поля. Назовите основные характеристики волнового движения.
- •21. Что такое интерференция, дифракция, поляризация? Объясните явление дисперсии света.
- •22. Корпускулярные свойства света.
- •24. В чем состоит суть открытия Эрстеда? в чем отличие силовых линий электрического и магнитного полей?
- •25. Охарактеризуйте вклад м.Фарадея в создание эмкм. Раскройте сущность теории Максвелла. Каким утверждениям соответствуют уравнения Максвелла?
- •26. В чем заключается суть электронной теории г. Лоренца?
- •27. Опишите модель атома, предположенную Резерфордом. Модель атома Бора.
- •28. Волны де Бройля и корпускулярно-волновой дуализм
- •29. Область применимости законов и принцип соответствия. Принцип неопределенности Гейзенберга.
- •30. Объясните понятие «квантовый объект». Понятие состояний в квантовой механике.
- •31. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Физический смысл волновой функции.
- •32. Фундаментальные физические взаимодействия.
- •33. Понятие физического вакуума в современной научной картине мира.
- •34. Охарактеризуйте сущность современного эволюционизма.
- •35. Эволюция Вселенной (Фридман, Хаббл, Гамов) и реликтовое излучение.
- •36. Диаграмма Гарцшпрунга-Рессела. Что такое «главная последовательность»? к какому спектральному классу относится Солнце?
- •37. Что такое галактика? Основные типы галактик. Что такое метагалактика?
- •38. Поясните термин «красное смещение». Что такое «эффект Доплера»?
- •39. Запишите и объясните закон Хаббла.
- •40.От чего зависит эволюционный путь звезды? Что является источником энергии звезд? Как проходит эволюция звезды с массой, не превышающей 1,4мс . Как проходит эволюция звезды с массой более 1,4мс .
- •41.В чем заключаются концепции развития геосферных оболочек? современные концепции развития геосферных оболочек
- •42.Сопоставьте и проанализируйте понятие биосфера и ноосфера.
- •43.Основные гипотезы происхождения жизни на Земле.
- •44. В чем особенности термодинамики и энергетики живых систем?
- •45.Какие общие особенности планет Солнечной системы свидетельствуют о едином происхождении планет?
- •46.Поясните распространенность химических элементов в солнечной системе.
- •47.Как происходила дифференциация вещества Земли? Объясните строение Земли.
- •48.Что такое геохронология? На какие части (по степени изученности) подразделяется история Земли?
- •49.Какие элементы называются органогенами и почему? Какие элементы образуют химический состав живых систем?
- •50.Что такое самоорганизация? в чем сущность субстратного и функционального подходов к проблеме самоорганизации химических систем?
- •51.Что такое эволюционная химия? Что можно сказать о естественном отборе химических элементов и их соединений в ходе химической эволюции?
- •52. Что означает саморазвитие каталистических систем? Теория Руденко.
- •53.Перечислите основные теории возникновения жизни.
- •55. Теория биохимической эволюции. Абиогенный синтез
- •56. В чем заключается гипотеза Опарина - Холдейна?
- •57. Что такое гиперцикл? Гиперциклы и зарождение жизни.
- •58 Сформулируйте идеи эволюционной биологии на молекулярно-генетическом уровне.
- •59. В чем суть концепций голобиоза и генобиоза?
- •60. В чем заключается эволюционно-синергетическая парадигма?
- •62. Молекулярные основы жизни
- •63. Генетический код. Свойства генетического кода.
- •64. Генетика и эволюция. Законы Менделя. Доминантная и рецессивная наследственность.
- •Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя)
- •Закон расщепления (второй закон Менделя)
- •Закон независимого комбинирования (наследования) признаков (третий закон Менделя)
- •65. Наследственная и ненаследственная изменчивость.
- •66. Назовите и объясните основные положения эволюционной теории Дарвина. Основные положения эволюционного учения ч. Дарвина
- •67. Что такое синтетическая теория эволюции, как она соотносится с теорией Дарвина? Основные положения синтетической теории эволюции
- •68 . Что такое микроэволюция? Что такое макроэволюция?
- •69. Назовите и поясните основные факторы эволюции. Что является движущей силой эволюции?
- •70. Назовите формы естественного отбора. Что такое стабилизирующий отбор? Что такое движущий отбор?
- •Движущий отбор
- •Стабилизирующий отбор
- •71. Объясните понятия расы, этноса, нации. Какие понятия связаны с биологическими особенностями, а какие - с социально-культурными?
- •72. Как проявляются факторы эволюции по отношению к человечеству в настоящее время? Какие эволюционные факторы при этом наиболее существенны?
- •73. Антропный принцип. Сильная и слабая версии антропного принципа.
- •74. Фундаментальные взаимодействия и мировые константы.
- •75. Законы сохранения и симметрия.
- •76. Концепция самоорганизации. Открытые системы, обмен энергией, энтропией, информацией. Роль нелинейности и диссипации.
- •77. Неравновесные диссипативные системы. Энтропия и информация
- •78. Основные понятия и принципы синергетики. Открытость, нелинейность, диссипативность
- •79 Порядок и хаос. Бифуркации и параметры порядка.
- •80. Примеры самоорганизации в неживой природе. Самоорганизация в социальных системах
- •Самоорганизация в социальных системах
13. Энтропия. Вероятностная трактовка.
Макроскопическое и микроскопическое описание объектов природы. Различные объекты и явления природы (системы) могут быть описаны как на микро-, так и на макроуровне, на основе их микросостояния или макросостояния. Сами понятиямикро- и макро- отражают в какой-то степени наши представления о размерах объектов природы.
Макросостояние. Состояние макроскопического тела (системы), заданное с помощью макропараметров (параметров, которые могут быть измерены макроприборами – давления, температуры, объемом и другими макроскопическими величинами, характеризующими систему в целом), называют макросостоянием.
Микросостояние. Состояние макроскопического тела, охарактеризованное настолько подробно, что заданы состояния всех образующих тело молекул, называется микросостоянием.
Термодинамика, как уже говорилось, рассматривает тепловые процессы в системах на макроскопическом уровне, оперируя макропараметрами: температура, теплота, давление, объем. Статистическая физика, или молекулярно-кинетическая теория рассматривает тепловые явления на микроуровне – с точки зрения движения молекул – их скорости, кинетической энергии. Термодинамика, опираясь на понятие энтропии, четко различает обратимые и необратимые процессы. Способна ли не это статистическая физика? Другими словами, существует ли понятие аналогичное энтропии для микросостояния? Утвердительно ответить на этот вопрос позволили работы великого австрийского физика Людвига Больцмана, в которых отличие обратимых процессов от необратимых было сведено с макроскопического уровня на микроскопический.
Проведем вслед за Л. Больцманом мысленный эксперимент. Выделив некоторую молекулу в сосуде с теплоизолированными стенками (рис.2) и наблюдая за ней, мы убедимся, что она может занимать любой положение в сосуде. Если же мысленно разделить объем на две половины. В этом случае молекула, беспорядочно блуждая, сталкиваясь с другими молекулами, пробудет в одной половинке сосуда ровно половину времени, в течение которого мы ее наблюдаем. В этом случае говорят, что вероятность ее пребывания в одной из половинок сосуда равна ½. Вероятность может принимать значения от 0 до 1. Если же мы будет наблюдать уже за двумя мечеными молекулами, то вероятность того, что мы обнаружим сразу обе молекулы в одной половинке сосудаю, равна 1/2×1/2=1/4. Аналогично, для трех молекул эта вероятность (обозначим ее W) равна (1/2)3, а для N молекул W=(1/2)N. Т.е. вероятность стремительно падает. Таким образом, такое событие является маловероятным. Это понятно нам и на основе нашего жизненного опыта. Странно было бы, если бы все молекулы воздуха вдруг собрались бы в одной половине комнаты, а в другой образовалось безвоздушное пространство. Вероятность же того, что все молекулы находятся во всем объеме сосуда максимальна и равна 1. Число способов, которыми это состояние может быть реализовано, или статистический вес является также максимальным.
|
|
|
|
Пусть в некоторый момент времени удалось загнать все молекулы в правую верхнюю часть сосуда, отделенную диафрагмой. Остальные ¾ этого объема остались пустыми. После того как мы уберем диафрагму молекулы равномерно заполнят весь объем сосуда, т.е. перейдут из состояния с меньшей вероятностью в состояние с большей вероятностью. Таким образом, мы и здесь можем сказать, что процессы в системе идут только в одном направлении: от некоторой структуры (порядка, когда молекулы содержались в верхнем правом углу объема сосуда) к полной симметрии (хаосу, беспорядку, когда молекулы могут занимать любые точки пространства сосуда). Последнее состояние можно назвать состоянием равновесия. Все это наволит на мысль, что должна существовать связь между вероятностью и энтропией.
Собственно, это и сделал Больцман, связав понятие энтропии S c Ln W. Уже позднее, в 1906 г. Макс Планк написал формулу, выражающую основную мысль Больцмана об интерпретации энтропии как логарифма вероятности состояния системы:
S = k Ln W, где k = 1,38·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана.
Эта формула выгравирована на памятнике Больцману на венском кладбище.
Коэффициент пропорциональности k был рассчитан Планком и назван им постоянной Больцмана.