1.Статус естествознания в современном мире. Говоря о естествознании как донаучном, пред научном и научном, выделяя тем самым этапы развития собственно естествознания, необходимо сказать, что на самом деле вплоть до научного этапа, то есть до XVII века эволюция естествознания происходила в рамках натурфилософии. Вплоть до оформления естествознания как совокупности дисциплин, изучающих природу на основе математических принципов, оно развивалось как совокупность сведений об устройстве природе. Отсутствовали атрибуты, столь характерные для современного естествознания, - техника и математизация. Само понятие «естествознание» носит обобщающий характер. Очевидно, что оно лишь констатирует факт возникновения совокупности дисциплин, исследующих природу. В основании этой совокупности уже со времён Аристотеля лежит физика. Именно она почти до XX века определяла нормативы научно-исследовательской деятельности в области естествознания, и не только его. Разумеется, современное знание не может быть охарактеризовано только как естественнонаучное и даже как только научное. К началу XXI века вследствие интеграционных процессов, возникших в науке благодаря развитию кибернетики, общей теории систем, синергетики, вследствие глобализации информационных процессов, прежде очевидные и чётко определяемые границы естествознания были размыты. Тем не менее, в современной системе знания мы можем выделить, как минимум, четыре относительно самостоятельных типа: гуманитарное знание, техническое знание, математическое знание и естествознание. Структура естествознания основана на общем определении естествознания как совокупности наук о природе («естестве»). Понятно, что это весьма расплывчатое определение, которое позволяет сводить воедино такие трудно сопоставимые дисциплины, как, например, биологию и геологию.

2.Теоретический уровень науки: современные представления. Особое место в современном теоретическом исследовании принадлежит методу вычислительного эксперимента, широкое использование которого началось в последние десятилетия двадцатого века благодаря стремительному развитию информационно-компьютерной базы научного поиска. Вычислительный эксперимент - это эксперимент над математической моделью объекта на ЭВМ, сущность которого заключается в том, что по одним параметрам модели вычисляются другие ее характеристики и на этой основе делаются выводы о свойствах явлений, репрезентированных математической моделью. Основные этапы вычислительного эксперимента включают в себя: 1) построение математической модели изучаемого объекта в тех или иных условиях. Как правило, она представлена системой уравнений высокого порядка; 2) определение вычислительного алгоритма решения базовой системы уравнений; 3) построение программы реализации поставленной задачи для ЭВМ. В последние десятилетия ХХ века происходит становление нелинейной методологии познания, связанной с разработкой междисциплинарных научных концепций – динамики неравновесных процессов и синергетики. В рамках данных концепций складываются новые ориентиры познавательной деятельности, задающие рассмотрение исследуемого объекта в качестве сложной самоорганизующейся и тем самым исторически развивающейся системы, воспроизводящей в динамике изменений основные характеристики целого как иерархии порядков.

3.Эмпирический уровень науки: основные методы. Основными методами эмпирического уровня являются наблюдение, измерение, эксперимент и описание. Наблюдение представляет собой систематическое и целенаправленное восприятие явлений действительности, в результате которого достигается знание о внешних свойствах, связях и отношениях исследуемой реальности. Наблюдение всегда носит не созерцательный, а активный деятельный характер. Наиболее сложным и эффективным методом эмпирического исследования является эксперимент, суть которого сводится к изучению объекта в искусственно созданных для этого условиях. Обращение к такого рода условиям помогает преодолеть ограниченность различного рода наблюдений и определяет основные достоинства эксперимента. К их числу можно отнести: 1) воспроизводимость корректно поставленного эксперимента, позволяющую восполнить пробелы в получении информации об изучаемом объекте; 2) нарастающую по сравнению с наблюдением избирательность и активность субъекта в исследовании; 3) возможность использования в экспериментальных установках разнообразных факторов, способствующих проявлению глубинных внутренних свойств и характеристик изучаемых объектов; 4) применение в развитых формах экспериментальной деятельности сложных приборных комплексов, обеспечивающих выявление новых объектов исследования и т.д.

Закрепление результатов эмпирического исследования, и трансляция их в процессе научной коммуникации осуществляются с помощью метода описания. Научное описание представляет собой фиксацию разнообразных сведений, полученных в ходе сравнения, измерения, наблюдения или эксперимента с помощью искусственных языков науки.

4.Естествознание и научная картина мира. Поскольку природа представляет собой нечто единое и целое, постольку и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой определенную систему. Такую систему научных знаний о природе издавна называют естествознанием. Раньше в естествознание входили все сравнительно немногочисленные знания, которые были известны о природе, но уже с эпохи Возрождения возникают и обособляются отдельные его отрасли и дисциплины, начинается процесс дифференциации научного знания. Ясно, что не все эти знания являются одинаково важными для понимания природы. Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие научной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Сам термин "картина мира" указывает, что речь идет здесь не о части или фрагменте знания, а о целостной системе. Как правило, в формировании такой картины наиболее важное значение приобретают концепции и теории, наиболее развитых в определенный исторический период отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве его лидеров. Не подлежит сомнению, что лидирующие науки накладывают свою печать на представления и научное мировоззрение ученых соответствующей эпохи. Но это отнюдь не означает, что другие науки не участвуют в формировании картины природы. В действительности она возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания. Существующая картина природы, рисуемая естествознанием, в свою очередь оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и социально-гуманитарные. Такое воздействие выражается в распространении концепций, стандартов и критериев научности естествознания на другие отрасли научного познания. Обычно именно концепции и методы наук о природе, и научная картина мира в целом в значительной степени определяют научный климат эпохи. В теснейшем взаимодействии с развитием наук о природе начиная с XVI в. развивалась математика, которая создала для естествознания такие мощные математические методы, как дифференциальное и интегральное исчисления.

5.Естествознание в аспекте научно-технической революции (НТР). Научно-техническая революция означает скачок в развитие производительных сил общества, переход их в качественно новое состояние на основе коренных сдвигов в системе научных знаний. Когда говорят о научно-технической революции, в первую очередь подразумевают именно процесс интеграции науки и производства. Однако было бы неправильно все сводить только лишь к первой составляющей современной НТР. Во-вторых, понятие "научно-техническая революция" включает в себя революцию в подготовке кадров и во всей системе образования. Новая технология требует нового работника — более культурного и образованного, гибко приспосабливающегося к техническим нововведениям, высоко дисциплинированного, имеющего к тому же навыки коллективного труда, что является характерной чертой новых технических систем. В-третьих, важнейшей составляющей НТР является подлинная революция в организации производства и труда, в системе управления. Новой технике и технологии соответствует и новая организация производства и труда. В XX в. теоретическим ядром научно-технической революции становятся важнейшие достижения современного естествознания, в частности его пяти лидирующих наук: физики, химии, биологии, кибернетики, космологии. К их числу прежде всего относятся: 1) открытия физики твердого тела, ядра, элементарных частиц, плазмы; 2) глубокий анализ и синтез; 3) молекулярные основы наследственности и жизни, химическая природа нервных возбуждений; 4) математическая формализация процессов, информатизация, автоматизация и компьютеризация развивающихся систем; 5) теория познания и овладения космическими объектами. С НТР связаны и успехи химической науки. Сейчас химия охватывает все новые и новые сферы органического и неорганического мира, проникает в области ряда смежных наук, формирует пограничные науки, обогащаясь методами и выводами этих наук. В условиях НТР появились новые направления химических наук: элементоорганическая химия, находящаяся на грани органической и неорганической химии. Современная наука – это наука, связанная с квантово-релятивистской картиной мира. Почти по всем своим характеристикам она отличается от классической науки, поэтому современную науку называют неклассической наукой.

6.Проблемы квантовой механики, специфика ее законов и принципов. Квантовая механика и квантовая физика в основном сфор­мировались в первые два десятилетия XX в. усилиями М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, Л. де Бройля, В, Гейзенберга, Э. Шрёдингера и других ученых. Динамическое, однознач­ное, с указанием точной траектории описание движения классической механикой отрицается здесь вероятностно-статистической картиной взаимодействий. Непрерывность обмена энергией в макромире заменяется строгой порционности излучений в мире элементарных частиц. В квантовой физике качественно изменились представления о структуре, простоте и сложности микрочастиц, о роли приборов в их познании и т.д. До конца XIX в. мельчайшей структурной единицей материи считались атомы химических элементов. Открытие Д.И. Менделеевым в 1869 г. периодического закона подтолкнуло ученых к выводу о существовании более мелких частиц, свойства которых обусловливают свойства атомов, в том числе и периодический закон их взаимосвязи. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл электрон — первую элементарную частицу. В 1932 г. после открытия нейтрона картина строения вещества казалась в общих чертах окончательно выясненной. Известных к тому времени частиц (протона, нейтрона и электрона) полностью хватало для того, чтобы объяснить строение и свойства всех веществ. Протоны и нейтроны, взаимодействуя друг с другом посредством особых ядерных сил (радиус действия 10"13 см), образуют атомные ядра, внешнюю оболочку атомов составляют электроны, притягивающиеся к ядру дальнодействующими кулоновскими силами (одно из проявлений электромагнитного взаимодействия). Открытие нового структурного уровня строения материи и квантовых законов движения электронов заложило основы фи­зики твердого тела. Были поняты строение металлов, диэлект­риков, полупроводников, их термодинамические, электричес­кие и магнитные свойства. Открылись пути целенаправленно­го поиска новых материалов с необходимыми свойствами, пути создания новых производств, новых технологий. Большие ус­пехи были достигнуты в результате применения квантовой ме­ханики к ядерным явлениям. Квантовая механика и ядерная физика объяснили, что источником колоссальной энергии звезд являются ядерные реакции синтеза, протекающие при звезд­ных температурах в десятки и сотни миллионов градусов.

7.Современные представления о пространстве и времени. Пространство и время – фундаментальные категории современного естествознания. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с пространственно-временными характеристиками объектов. Ученые давно ведут дискуссии о сущности пространства и времени, об их основных свойствах. Проблемы пространства и времени во многом решаются в рамках господствующей в конкретную эпоху парадигмы. Картинам мира разных исторических эпох с присущими им культурами соответствовали свои пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей пространства и времени зависит от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое явление или объект. Расширение представлений о пространстве и времени связано с распространением принципа относительности Галилея на системы отсчета, которые движутся по отношению друг к другу равномерно и прямолинейно под действием инерции (инерциальные системы отсчета) со скоростями, сопоставимыми со скоростью света. Для таких систем X. Лоренц предложил преобразования, носящие его имя. При малых скоростях преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, но если скорость сопоставима со скоростью света, то проявляются существенные отличия от нерелятивистской картины пространства-времени: 1.события, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, перестают быть одновременными в другой; меняется и закон преобразования скоростей; 2. пространственные и временные промежутки не остаются неизменными при переходе из одной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой с некоторой скоростью.

8.Характеристика основных физических взаимодействий. 1.В природе существуют четыре фундаментальные силы и все физические явления обусловлены всего четырьмя видами взаимодействий (в порядке убывания силы): 2.сильное взаимодействие соединяет кварки в адроны и удерживает нуклоны в составе атомного ядра (действует на расстояниях порядка 10-13 см); 3.электромагнитное взаимодействие действует между частицами, имеющими электрический заряд, и «ответственно» за явления электромагнетизма; 4.слабое взаимодействие обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействия нейтрино с веществом и др. (действует на расстоянии порядка 10-16 см); 5.благодаря гравитационному взаимодействию объекты, имеющие массу, притягиваются друг к другу.

Согласно новейшим теориям, взаимодействие происходит благодаря переносу частицы-носителя взаимодействия между взаимодействующими частицами. Например, электромагнитное взаимодействие между двумя электронами происходит в результате переноса фотона между ними. Природа гравитационного взаимодействия пока точно неизвестна, предположительно оно происходит в результате переноса гипотетических частиц гравитонов. Многие физики-теоретики полагают, что в момент Большого взрыва действовало единое взаимодействие, которое разделилось на четыре в первые мгновения существования нашего мира. К настоящему времени разработана лишь теория электрослабого взаимодействия, объединившего слабое и электромагнитное взаимодействия. Таким образом, фундаментальные взаимодействия – различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий. Ведутся поиски других типов взаимодействий, как в явлениях микромира, так и на космических масштабах, однако пока существование какого-либо другого типа взаимодействия не обнаружено.

9.Многообразие и единство элементарных частиц. Сейчас известно примерно 400 элементарных частиц. Не­которые из них «живут» очень короткое время, быстро превращаясь в другие частицы, успевая за время своего существова­ния пролетать расстояния, равные радиусу атомного ядра (10ˉ12— 10ˉ13 см). Минимальное время, доступное экспериментально­му измерению, характеризуется величиной примерно 10ˉ26 с. Некоторые элементарные частицы оказались неожиданно тя­желыми — даже тяжелее отдельных атомов. Современные физики уделяют много внимания системати­зации элементарных частиц, раскрытию внутреннего единства как между ними, так и между соответствующими им фунда­ментальными видами взаимодействия -- сильным, слабым, электромагнитным и гравитационным. Интенсивность слабого взаимодействия на 10-11 порядков (в 1010—10 ¹¹ раз) меньше интенсивности ядерных сил. Указанные четыре вида фундаментальных (лежащих в самом фундаменте материи) взаимодействий осуществляются путем обмена соответствующими частицами, служащими своеобраз­ными переносчиками этих взаимодействий. От массы частиц зависит радиус действия сил. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны (масса покоя равна нулю), гравитационное — гравитоны (пока гипотетические, экспериментально не установленные частицы, масса которых тоже должна быть нулевой). Эти два взаимодействия, переносимые безмассовы­ми частицами, имеют большой, возможно бесконечный радиус действия. Причем только гравитационное взаимодействие порождает притяжение между одинаковыми частицами, осталь­ные три вида взаимодействий обусловливают отталкивание одноименных частиц. Переносчиками сильного взаимодействия, связывающего протоны и нейтроны в атомных ядрах, являются глюоны. Это взаимодействие свойственно тяжелым частицам, получившим название адронов. Слабое взаимодействие переносят векторные бозоны. Это взаимодействие свойственно лег­ким частицам — лептонам (электронам, позитронам и т.п.).

10.Становление современной физической картины мира. Изучение становления и развития современной физической картины мира имеет не только мировоззренческое значение, но познавательное, а синтез современных концепций физической картины мироздания, закладывает базис для качественных шагов в познании. Понятие "научная картина мира" используется в Естествознании с конца XIX века, а история Естествознания стоит в неразрывной связи с историей общества и каждому типу, и уровню развития общества, его производительных сил, техники, соответствует своеобразный период в развитии Естествознания и "современной" физической картины мира. В развитии Естествознания выделяют следующие периоды: 1. Первый подготовительный – натурфилософский, характерный для древних этапов развития общества. Примером физической картины мира того времени могут служить древнеиндийские, греческие знания. 2. Второй подготовительный. Характеризуется господством схоластики и теологии в Западной Европе и спорадическими открытиями у арабоязычных народов. Наука на Западе стала придатком теологии (астрология, алхимия, магия, кабалистика чисел) Основные усилия ученых были направлены не на познание мира, а на получение предметов или разработку способов, открывающих путь к богатству, в силу этого прогресс техники совершался крайне медленно, но шло накопление фактического материала, подготавливался качественный переход к новому пониманию природы.

11.Мир атомов, молекул и химизма. Атом представляет собой целостную ядерно-электронную систему. Ядро является основой атома, определяющей как численный состав электронов в атоме, так и всю его внутреннюю структуру. Если на этапе образования атома главную роль играют индивидуальные свойства ядра и электронов, то поведение электронов в составе атома в первую очередь обусловлено характеристикой их квантовых состояний, распределением электронов по энергетическим уровням, подуровням и отдельным «ячейкам» или «орбитам», в каждой из которых может находиться не более двух электронов. Из всех взаимодействий атомов, электромагнитных по своей общей природе, можно выделить следующие: 1) взаимодействия с полями и частицами, при которых происходит изменение внутренней структуры атомов, не связанное с образованием более сложных и устойчивых объектов (таковы процессы излучения и поглощения атомами света); 2) взаимодействия атомов друг с другом, определяющие агрегатное состояние вещества (дисперсионное взаимодействие, например); 3) химическое взаимодействие, которое приводит к образованию молекул и других химических соединений и лежит в основе качественного изменения вещества, построенного из атомов и молекул.

Молекулы — это очередной после атомов качественный уровень строения и эволюции вещества. Подчеркивая целостность молекул, органическое единство их составных частей, современное естествознание характеризует движение молекул как движение самостоятельных и целостных систем, а не как простую сумму разрозненных движений отдельных образующих их частиц (атомов, ядер и электронов). Те взаимодействия молекул, которые не сопровождаются изменением их структуры (т.е. определенного порядка химических связей между атомами внутри молекул), изучаются физикой и называются физическими. Взаимодействия же молекул, приводящие к их качественным взаимопревращениям, перестройке их внутренних связей, называются химическими и изучаются химией. Так же, как в случае атомов, химическое поведение молекул является их индивидуальной характеристикой, специфически обусловлено их составом и структурой. Этого нельзя сказать о ван-дер-ваальсовом взаимодействии, связанном с агрегатным состоянием вещества. В этом взаимодействии молекулы тоже участвуют как единые и целостные образования, но в отличие от химического оно универсально, осуществляется между всеми атомами и молекулами независимо от их принадлежности к какому-либо определенному химическому элементу или соединению.

12.Проблема валентности с точки зрения строения атома. Валентность равна числу химических связей, которые атом данного элемента может образовать с атомами других элементов. В образовании химических связей участвуют электроны внешнего электронного уровня. Валентность можно определить также как число электронов, которые атом данного химического элемента может предоставить для образования химических связей с атомами других элементов.

13.Алхимический период в развитии химии. Алхимия (позднелат. alchemia, alchimia, alchymia) - своеобразное явление культуры, особенно широко распространённое в Западной Европе в эпоху позднего средневековья. Слово «алхимия» производят от арабского алькимия, которое восходит к греческому chēméia, от chéō — лью, отливаю. Это указывает на связь алхимии с искусством плавки и литья металлов, либо от Chemia — Египет, что связывает алхимию с местом, где возникло это искусство. Своей главной задачей алхимики считали превращение («трансмутацию») неблагородных металлов в благородные с помощью воображаемого вещества — «философского камня». Возникновение и попытки осуществления этой задачи уходят в античность. Алхимический период (4—16 вв.) характеризуется не только распространением спекулятивной (умозрительной) и «опытной» алхимии, но и одновременным развитием практической, ремесленной химии. Но было бы несправедливо приписывать последней всё приращение реальных химических знаний в алхимическом периоде; в каждой из отраслей алхимии можно усмотреть начатки положительных знаний. Из дошедших до нас алхимических текстов видно, что алхимикам принадлежит открытие или усовершенствование способов получения практически ценных соединений и смесей (минеральных и растительных красок, стекол, эмалей, металлических сплавов, кислот, щелочей, солей, лекарственных препаратов). А также создание или улучшение приёмов лабораторной работы (перегонка, возгонка, фильтрование), изобретение новых лабораторных приборов (например, печей для длительного нагревания, перегонных кубов). Иногда у алхимиков можно подметить как бы предвосхищение открытых позднее законов химии, которая, впрочем, восходит к воззрениям арабов, видоизменивших, в свою очередь, взгляды Аристотеля на этот вопрос.

14.Систематизация химических элементов. В основу систематизации химических элементов положен естественный ряд элементов и принцип подобия электронных оболочек их атомов. С естественным рядом химических элементов вы уже знакомы. Теперь познакомимся с принципом подобия электронных оболочек. Рассматривая валентные электронные формулы атомов в ЕРЭ, легко обнаружить, что у некоторых атомов они отличаются только значениями главного квантового числа. Первую успешную попытку систематизации химических элементов предпринял немецкий химик И.В. Рихтер. Он обратил внимание, что для классификации элементов может служить такое постоянное свойство простых веществ как атомная масса. В книге "Начала стехиометрии или способ измерения химических элементов", опубликованной в 1793 г., он расположил металлы, обладающие близкими свойствами (натрий и калий; магний, кальций, стронций и барий) в ряд по возрастанию их атомных масс. Хотя эти элементы еще не были выделены в свободном состоянии, однако их соединения были хорошо изучены, а атомные массы - измерены. При таком расположении элементов стало видно, что атомная масса калия, равная 39, больше атомной массы натрия, равной 23, на 16 единиц массы.

15.Взаимосвязь неорганических и органических веществ. Все вещества, которые присутствуют в клетке делят на неорганические и органические. К неорганическим веществам, т.е. таким которые можно встретиться неживой природе, относятся минеральные соли и вода. К органическим веществам относятся: белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Эти вещества характерны только для живых организмов. Основным неорганическим веществом клетки является вода. Её содержание колеблется от 25% (в костной ткани) до 99% (в клетках медуз). Без воды невозможна деятельность и нормальное функционирование клеток и организма в целом. Молекула воды электронейтральна, но она обладает прекрасной способностью образовывать гидраты, что и определяет её универсальные растворяющие свойства. Органические вещества определяют основные свойства клеток и организма. Основная масса органических веществ клетки (90%) приходится на долю четырех типов молекул: белки, липиды, углеводы и жиры. Кроме того, в клетках содержатся и другие органические вещества: органические кислоты, пигменты и т.д. Белки - биологические полимеры, состоящие из молекул аминокислот. В обычной клетке содержится около 10 тысяч различных белков, разнообразие которых обеспечивают 20 аминокислот, входящих в их состав во всевозможных вариациях.

16.Периодический закон химических элементов. Периодический закон — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс. 1 марта (по новому стилю) 1869 г. считается датой открытия одного из важнейших законов химии – периодического закона. В середине XIX в. было известно 63 химических элемента, и возникла потребность в их классификации. Особенность Периодического закона среди других фундаментальных законов заключается в том, что он не имеет выражения в виде математического уравнения. Графическим (табличным) выражением закона является разработанная Менделеевым Периодическая система элементов. Периодический закон универсален для Вселенной: как образно заметил известный русский химик Н. Д. Зелинский, Периодический закон явился «открытием взаимной связи всех атомов в мироздании».

17.Синтез трансурановых элементов. Трансура́новые элеме́нты (заурановые элементы, трансураны) — радиоактивные химические элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И. Менделеева за ураном, то есть с атомным номером выше 92. Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93—103) принадлежит к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами, более 120 — суперактиноидами. Все известные изотопы трансурановых элементов имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому, хотя теории Острова стабильности и т.н. магических ядер оболочечного строения допускают возможность долгоживущего и стабильного существования даже сверхтяжёлых трансактиноидов, известные трансурановые элементы практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Элементы до фермия включительно образуются в ядерных реакторах в результате захвата нейтронов и последующего бета-распада. Трансфермиевые элементы образуются только в результате слияния ядер.

18.Современные проблемы астрофизики. В современной астрофизике можно обозначить три фундаментальные проблемы: космология (рождение и эволюция Вселенной в целом); ядра галактик (физическое строение и процессы, происходящие в них); проблема поиска внеземных цивилизаций и связи с ними. Остановимся на последней проблеме, довольно неожиданно отнесенной к астрофизике академиком В.Л. Гинзбургом. (В среде специалистов утвердилось авторитетное мнение астрофизика из Специальной астрофизической обсерватории В.Ф. Шварцмана, который отнес эту проблему к культуре человечества в целом. Заметим, что, по мнению О. Шпенглера (1880-1939), цивилизация - производная от культуры, но единой общечеловеческой культуры нет и быть не может. Он выделяет следующие культуры: египетскую, индийскую, вавилонскую, китайскую, греко-римскую, византийско-арабскую, западноевропейскую и культуру майя. О. Шпенглер предсказывал рождение русско-сибирской культуры, а в XIX веке, по его мнению, начался "закат" западной культуры).

19.Модель большого взрыва и расширяющейся вселенной. Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад и известно как "Большой Взрыв". Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения. Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд после Большого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. К концу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной. Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной. Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной.

20.Происхождение вселенной. Современная модель ее эволюции. Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями, называется Метагалактикой, или нашей Вселенной. Размеры метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15-20 млрд. световых лет. Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия - эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым расширением. Если скорость «разлета» галактик увеличится на 75 км/с на каждый миллион парсек, то экстраполяция к прошлому приводит к удивительному результату: примерно 10-20 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Многие ученые считают, что в то время плотность Вселенной была такая же, как у атомного ядра: Вселенная представляла собой одну гигантскую «ядерную каплю». По каким-то причинам эта «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы наблюдаем сейчас как системы галактик. При данной оценке времени образования Вселенной предполагалось, что наблюдаемая нами сейчас картина разлета галактик происходила с одинаковой скоростью и в сколь угодно далеком прошлом. А именно на таком предположении и основана гипотеза первичной Вселенной - гигантской «ядерной капли», пришедшей в состояние неустойчивости. В настоящее время космологи предполагают, что Вселенная не расширялась «от точки до точки», а как бы пульсирует между конечными пределами плотности. Это означает, что в прошлом скорость разлета галактик была меньше, чем сейчас, а еще раньше система галактик сжималась, т. е. Галактики приближались друг к другу с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло. Современная космология располагает рядом аргументов в пользу картины «пульсирующей Вселенной». Такие аргументы носят чисто математический характер; главнейший из них - необходимость учета реально существующей неоднородности Вселенной. Решить вопрос, какая из двух гипотез справедлива, мы сейчас не можем. Потребуется огромная работа, чтобы решить эту одну из важнейших проблем космологии.

21. Проблема «начала» и «конца» Вселенной. Во второй половине XX в. в результате космических исследований учеными было открыто космологическое реликтовое излучение, позволившее заглянуть в далекое прошлое нашей Вселенной. Еще раньше было обнаружено красное смещение, вызванное разбеганием галактик, составляющих Вселенную. Это открытие приводит к удивительному результату: примерно 20 млрд лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую «каплю» ядерной или даже сверхъядерной плотности. По каким-то причинам «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва и наблюдаются сейчас как разлет системы галактик. Космологическое значение фонового реликтового излучения ученые использовали в качестве самого главного ключа к разгадке возникновения Вселенной и пришли к теории, предложенной Г. А. Гамовымза десять лет до этого. Г.Аа. Гамовутверждал, что некоторые химические элементы были созданы в первые минуты Большого взрыва. Вследствие космологического расширения оно должно было «охладиться» до температуры около 10 °К. Советские астрофизики А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков в своей работе (появившейся за год до открытия Пензиаса и Вилсона в лаборатории фирмы «Белл телефон») теоретически обосновали, что первичное (фоновое) излучение может быть обнаружено в сантиметровом диапазоне длин волн, и отмечено, что это явилось бы доказательством «горячего» начала расширения Вселенной. Если проследить историю Вселенной, то температура космического фонового излучения должна расти. Во все более ранние моменты времени излучение оказывается все горячее, а Вселенная – все более плотной (вплоть до того момента, когда могло возникнуть это излучение). Открытие космического фонового излучения рассматривается учеными как одно из самых успешных подтверждений теории Большого взрыва. Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что вскоре после начала расширения вещество Вселенной имело очень высокую температуру и состояло из элементарных частиц – нуклонов и их античастиц. По мере расширения изменялись не только температура и плотность вещества, но и состав входящих в него частиц, так как многие частицы и античастицы аннигилировали, порождая электромагнитные кванты излучения. Последних во Вселенной оказалось неизмеримо больше, чем атомов, из которых состоят звезды, планеты, диффузная материя. Согласно этой гипотезе, именуемой теорией «горячей» Вселенной, потребовалось всего лишь несколько минут, чтобы сверхплотное вещество превратилось в вещество с плотностью, близкой к плотности воды. Через несколько часов плотность стала сравнимой с плотностью нашего, земного воздуха, а сейчас, по истечении около 20 млрд лет, оценка средней плотности вещества во Вселенной приводит к значению порядка 10–28 кг/м3.

22. Происхождение звезд. Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают инструментальные многочисленные наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находиться в созвездии Ориона. Силы тяготения сжимают холодное газово-пылевое облако, при этом оно принимает шарообразную форму. Далее в процессе сжатия возрастает плотность и температура облака. В результате сжатия возникает будущая рождающаяся звезда (протозвезда), которая дает излучение в инфракрасном диапазоне, и поэтому рождающиеся молодые звезды обнаруживаются с помощью инструментальных наблюдений среди многочисленных источников инфракрасного излучения. Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в ней еще не происходят термоядерные реакции, т. е. в ней нет основного источника энергии обычных звезд. Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протозвезды температура в ее недрах станет порядка 107 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды. Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постоянным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда находится большую часть своего существования. Таких звезд во Вселенной больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу, – миллиарды лет. Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород превращается в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 X 107°К, гелий начнет превращаться в углерод с последующим образованием все более тяжелых элементов. Как показывают расчеты, светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превращается в красного гиганта, или сверхгиганта.

23. Типы звезд и их (эволюция есть в 22 ответе) Звёзды классифицируются по следующим параметрам: размеры, цвет, светимость, спектральный класс. По размерам звёзды делятся на звёзды-карлики, средние звёзды, нормальные звёзды, звёзды гиганты и звёзды-сверхгиганты. Звёзды-карлики – спутник звезды Сириус; средние – Солнце, Капелла (Возничий); нормальные (t = 10 тыс. К) – имеют размеры между Солнцем и Капеллой; звёзды-гиганты – Антарес, Арктур; сверхгиганты – Бетельгейзе, Альдебаран. По цвету звёзды делятся на красные (Антарес, Бетельгейзе – 3000 К), жёлтые (Солнце, Капелла – 6000 К), белые (Сириус, Денеб, Вега – 10000 К), голубые (Спика – 30000 К). По светимости звёзды классифицируют следующим образом. Если принять светимость Солнца за 1, то звёзды белые и голубые имеют светимость в 100 и 10 тыс. раз больше светимости Солнца, а красные карлики – в 10 раз меньше светимости Солнца. По спектру звёзды подразделяют на спектральные классы (Солнце- G2). Атмосферы звезд имеют сходный химический состав, в основном водород и гелий. Разнообразие звездных спектров объясняется прежде всего тем, что звезды имеют разную температуру. От температуры зависит физическое состояние, в котором находятся атомы вещества в звездных атмосферах, и вид спектра. Кроме этого, вид спектра звезды определяется давлением и плотностью газа ее фотосферы, наличием магнитного поля, особенностями химического состава. Светимость (L) звезды характеризует общую мощность излучения звезды.

24. Астрономическая картина мира

В ХХ веке в астрономии произошла подлинная революция.В последние годы, благодаря космическим телескопам, удалось достичь еще более высокого качества в составлении звездных карт. С помощью Хаббловского космического телескопа астрономы составили каталог, описывающий около 15 миллионов звезд. До 1995 года Вселенная представлялась безводной пустыней. Исследования, проведенные в 1996...1998 годах, показали, что вода присутствует во всех частях Вселенной и, видимо, помогает газопылевым облакам конденсироваться, отводя от них тепло и способствуя образованию планет. В июне 2001 года данные, собранные зондом, позволяют утверждать, что возраст нашей Вселенной – 13, 7 миллиардов лет; обычной материи в ней, из которой состоят звезды и планеты, всего 4%, а вот темной материи – частиц, не испускающих видимого излучения, 23%; на темную энергию приходится 73%. Вселенная однородна, а это означает, что Большого взрыва не было, ибо молодая Вселенная была бы намного сложнее. Помимо нетрадиционных космических объектов (квазары, пульсары, двойные звезды и т.д.) современная астрономия открыла в глубинах космоса и принципиально новые процессы, в том числе гамма-всплески. Эти секундные катастрофы метагалактического масштаба имеют мощность излучения, сравнимую с мощностью излучения всех звезд видимой Вселенной. Такой всплеск способен истребить жизнь в радиусе десятков, а то и сотен световых лет, и благо, что это происходит от Земли на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет. Природа данного явления не ясна. Астрономическая картина мира –это картина эволюционирующей Вселенной. Эволюция Вселенной включает в себя эволюцию вещества и эволюцию структуры. Эволюция вещества сопровождалась понижением его температуры, плотности, образованием химических элементов. С эволюцией структуры связано возникновение сверхскоплений галактик, обособление и формирование звёзд и галактик, образование планет и их спутников.

25. Мегамир, его состав и строение Мегамир — мир объектов космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. К этому уровню материи относятся наиболее крупные материальные объекты: звезды, галактики и их скопления. Структура мегамира. Основными структурными элементами мегамира являются планеты и планетные системы; звезды и звездные системы, образующие галактики; системы галактик, образующие метагалактики.

26. Галактики и их эволюция. Наша звёздная система – Галактика относится к числу эллиптических галактик. Млечный путь, который мы видим, – это только часть нашей Галактики. В современные телескопы можно увидеть звёзды до 21 звёздной величины. Количество этих звёзд 2*109, но это лишь малая часть населения нашей Галактики. Диаметр Галактики составляет примерно 100 тыс. световых лет. Наблюдая Галактику, можно заметить «раздвоение», которое вызвано межзвёздной пылью, закрывающей от нас звёзды Галактики. Галактика состоит из звезд и звездных скоплений. В ядре Галактики много красных гигантов и короткопериодических цефеид. В ветвях дальше от центра много сверхгигантов и классических цефеид.иВ спиральных ветвях находятся горячие сверхгиганты и классические цефеиды. В различных созвездиях можно увидеть туманности, состоящие из газа и пыли. Остальное пространство заполнено межзвездным газом и пылью.

Наша Галактика вращается вокруг центра Галактики, который находится в созвездии Геркулеса. Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики за 200 млн лет. По вращению Солнечной системы можно определить примерную массу Галактики – 2 * 1011mЗемли . Звёзды принято считать неподвижными, но на самом деле звёзды движутся. Но поскольку мы значительно удалены от них, то это движение можно наблюдать только в течение тысячелетий.

27. Модель Солнечной системы. Модель Солнечной системы (англ. Orrery) — механическое устройство, которое иллюстрирует взаимное расположение и движение планет и их спутников в Солнечной системе в гелиоцентрической модели. Устройство, как правило, имеет часовой механизм со сферой, которая представляет Солнце, в центре, и с планетами на концах шестов. Согласно Цицерону, греческий философ Посидоний построил систему, возможно, похожую или идентичную Антикитерскому механизму, который показывал суточное движение Солнца, Луны и пяти известных планет. Первый современный механизм был произведён в 1704 году и представлен графу Оррей. Картина Джозефа Райта «Философ, объясняющий модель Солнечной системы, в которой лампа заменяет Солнце», показывает группу из трёх людей, которые слушают лекцию по физике рядом с моделью Солнечной системы.

28. Происхождение солнечной системы. Солнечная система представляет собой группу планет, их спутников, множество астероидов и метеоритных тел. Все пла¬неты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости. Солнце представляет собой звезду среднего размера, его радиус около 700 тыс. км. Возраст Солнца оценивается примерно в 5 млрд лет. Считается, что звезды первого поколения имеют воз¬раст на 8—10 млрд лет больше. В Галактике существуют также молодые звезды, которым всего от 100 тыс. до 100 млн лет. Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со скоро¬стью около 220 км/с. Солнце овершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн лет.Этот период называют галак¬тическим годом. Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, которые происходят в недрах. В Солнечной системе насчитывают девять планет, которые расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится кольцо астерои¬дов, которые также движутся вокруг Солнца. Размеры планет значительно меньше Солнца. Все пла¬неты Солнечной системы, а также их спутники светят отражен¬ным светом Солнца, именно поэтому они могут наблюдаться в телескопы. Считается, что все планеты Солнечной системы возникли почти одновременно примерно 4,6 млрд лет назад. Исчерпывающей и во всех смыслах удовлетворительной теории образования Солнечной системы пока не создано, во всех моделях существуют неясности и проти¬воречия, которые требуют разрешения. Все планеты Солнечной системы можно разделить на две группы: планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плу¬тон). Поверхность планет формируется под действием двух типов факторов: эндогенных и экзогенных. Эн¬догенные факторы — это процессы в ядре планеты, которые ме¬няют ее внешний облик: перемещения участков коры, вулкани¬ческие извержения, горообразование и т.п. Экзогенные факторы связаны с внешними воздействиями: химические реакции присоприкосновении с атмосферой, изменения под действием ветра и осадков, падение метеоритов. К особым космическим объектам относятся кометы. Кометы представляют собой небольшие тела диаметром от 5 до 10 км, со¬стоящие из водяного льда с вкраплениями льдов летучих соеди¬нений. Согласно современным данным, кометы являются побоч¬ным продуктом формирования планет-гигантов. Основная масса кометы сосредоточена в ее ядре. Под воздействием космического излучения из ядра кометы выделяются газы, образующие голову и хвост кометы, который может достигать несколько миллионов километров в длину. Кометы живут сравнительно недолго: от не¬скольких столетий до нескольких тысячелетий.

29. Земля как элемент Солнечной системы. Земля́ — третья от Солнца планета. Пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы. Она является также крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 миллиарда лет назад и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Предположительно жизнь появилась на Земле примерно 3,9 млрд лет назад, то есть в течение первого миллиарда после её возникновения Приблизительно 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. На материках расположены реки, озёра, подземные воды и льды, вместе с Мировым океаном они составляют гидросферу. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы, кроме Земли. Полюса Земли покрыты ледяным панцирем, который включает в себя морской лёд Арктики и антарктический ледяной щит. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, очень вязкого слоя, называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро, являющееся источником магнитного поля Земли, и внутреннее твёрдое ядро, предположительно, состоящее из железа и никеля. Физические характеристики Земли и её орбитального движения позволили жизни сохраниться на протяжении последних 3,5 млрд лет. По различным оценкам, Земля будет сохранять условия для существования живых организмов ещё в течение 0,5 — 2,3 млрд лет Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 солнечных суток — сидерический год. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год — 365,24 солнечных суток. Сутки сейчас составляют примерно 24 часа. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов . Также Луна стабилизирует наклон земной оси и постепенно замедляет вращение Земли[33][34][35]. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, вызывая, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ[36].

30. Роль климатических факторов в образовании и функционировании экосистем. Главными климатическими факторами любой экосистемы являются свет, температура, влажность и ветер. Свет играет множественную роль в экосистемах; некоторые процессы, проходящие в экосистемах помощью света, перечислены ниже. Основным источником тепла является солнечное излучение. Его интенсивность зависит от времени года, географической широты, солнечной активности. Кроме того, источником тепла могут быть водные источники, нагретые теплом Земли (геотермальные источники). Однако, они играют роль на очень незначительных участках земной поверхности. Влажность является одним из основных лимитирующих (ограничивающих) факторов в экосистемах. Дело в том, что вода является основным неорганическим веществом любой клетки и играет значительную роль в любой экосистеме. Атмосферные явления являют важной составляющей любой экосистемы. Казалось бы такие незначительные факторы, как дождь, ветер или давление могут иметь решающее значение на распределение организмов в экосистеме.

31. Важность сохранения биоразнообразия на планете. Каким-то объективным способом определить необходимость сохранения и поддержания биоразнообразия довольно трудно, поскольку это зависит от точки зрения того, кто оценивает эту необходимость. Тем не менее, существует три главные причины сохранять биоразнообразие:

•С утилитарной точки зрения элементы биоразнообразия являются ресурсами, которые уже сегодня представляют реальную пользу для человека или могут оказаться полезными в будущем. Биоразнообразие как таковое приносит как экономическую, так и научную пользу (например, в поисках новых лекарственных препаратов или способов лечения).

•Выбор в пользу сохранения биоразнообразия – это этический выбор. Человечество в целом – это часть экологической системы планеты, и потому оно должно бережно относится к биосфере (в сущности мы все зависим от ее благополучия).

•Значимость биоразнообразия можно также характеризовать в эстетическом, сущностном и этическом плане. Природа прославляется и воспевается художниками, поэтами и музыкантами всего мира; для человека природа является вечной и непреходящей ценностью.

32. Гипотеза Опарина о происхождении жизни. С точки зрения гипотезы А. Опарина, а также с позиций современной науки возникновение жизни из неживого вещества произошло в результате естественных процессов во Вселенной при длительной эволюции материи. Жизнь есть свойство материи, которое появилось на Земле в определенный момент ее истории. Это результат процессов, протекающих сначала многие миллиарды лет в масштабе Вселенной, а потом сотни миллионов лет на Земле. А. Опарин выделил несколько этапов биохимической эволюции, конечной целью которых явилась примитивная живая клетка. Эволюция шла по схеме: 1. Геохимическая эволюция планеты Земля, синтез простейших соединений, таких как СО2,1 ч[Н3,Н20 и т. д., переход воды из парообразного состояния в жидкое в результате постепенного охлаждения Земли. Эволюция атмосферы и гидросферы. 2. Образование из неорганических соединений органических веществ – аминокислот – и их накопление в первичном океане в результате электромагнитного воздействия Солнца, космического излучения и электрических разрядов. 3. Постепенное усложнение органических соединений и образование белковых структур. 4. Выделение белковых структур из среды, образование водных комплексов и создание вокруг белков водной оболочки. 5. Слияние таких комплексов и образование коацерватов (от лат. coacervus – сгусток, куча, накопление), способных обмениваться веществом и энергией с окружающей средой. 6. Поглощение коацерватами металлов, что привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы. 7. Образование гидрофобных липидных границ между коацерватами и внешней средой, что привело к образованию полупроницаемых мембран, что обеспечивало стабильность функционирования коацервата. 8. Выработка в ходе эволюции у этих образований процессов саморегуляции и самовоспроизведения. Так, по гипотезе А. Опарина, появилась примитивная форма живого вещества. Такова, по его мнению, предбиологическая эволюция вещества.