- •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
44. В чем особенности термодинамики и энергетики живых систем?
Таким образом, с позиций термодинамики можно утверждать, что живым системам присущи процессы, уменьшающие энтропию систем и, следовательно, поддерживающие их организованность.
Фундаментальными работами И.Р.Пригожина установлено, что вся термодинамика делится на три большие области: равновесную, в которой производство энтропии, потоки и силы равны нулю, слабо неравновесную, в которой термодинамические силы «слабы», и энергетические потоки линейно зависят от сил, и сильно неравновесную, или нелинейную, где энергетические потоки нелинейны, а все термодинамические процессы носят необратимый характер. Основная задача неравновесной термодинамики – количественное изучение неравновесных процессов, в частности определение их скоростей в зависимости от внешних условий. В неравновесной термодинамике системы, в которых протекают неравновесные процессы, рассматриваются как непрерывные среды, а их параметры состояния – как полевые переменные, то есть непрерывные функции координат и времени.
Слабо неравновесная (линейная) термодинамика рассматривает термодинамические процессы, происходящие в системах в состояниях, близких к равновесию. Таким образом, линейная термодинамика описывает стабильное, предсказуемое поведение систем, стремящихся к минимальному уровню активности. Первые работы в этой области принадлежат Ларсу Онсагеру, который в 1931 году впервые открыл общие соотношения неравновесной термодинамики в линейной, слабо неравновесной области – «соотношения взаимности». Суть их чисто качественно сводится к следующему: если сила «один» (например, градиент температуры) для слабо неравновесных ситуаций воздействует на поток «два» (например, на диффузию), то сила «два» (градиент концентрации) воздействует на поток «один» (поток тепла).
Таким образом, в слабо неравновесной области практически действуют законы равновесной термодинамики, система ни к чему не стремится и ее поведение в большинстве случаев вполне предсказуемо.
Сильно неравновесная термодинамика рассматривает процессы, происходящие в системах, состояние которых далеко от равновесия.
Когда термодинамические силы, действуя на систему, становятся достаточно большими и выводят ее из линейной области в нелинейную, устойчивость состояния системы и ее независимость от флуктуации значительно уменьшается.
В таких состояниях определенные флуктуации усиливают свое воздействие над системой, вынуждая ее при достижении точки бифуркации – потери устойчивости, эволюционировать к новому состоянию, который может быть качественно отличным от исходного. Происходит самоорганизация системы. Причем считается, что развитие таких систем протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На этой основе и возникло представление о самоорганизации материальных систем.
Все материальные системы, от самых малых до самых больших, считаются открытыми, обменивающимися энергией и веществом с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.
Сущность жизнедеятельности биологических систем вытекает из двух законов термодинамики биологических систем.
Первый закон термодинамики биологических систем устанавливает факт того, что живые организмы могут находиться только в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии. Он формулируется следующим образом:
Живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях.
Здесь следует указать, что неживая материя, в силу законов открытых термодинамических систем, всегда находится в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.
Второй закон термодинамики биологических систем устанавливает, каким образом биологическими системами обеспечивается устойчивость неравновесного термодинамического состояния со следующей формулировкой:
Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно.
Аденозинтрифосфат (АТФ) – нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.
Из этих законов следует, что сущностью жизнедеятельности биологических систем является обеспечение устойчивости их неравновесного термодинамического состояния, в результате чего выделяется необходимая им свободная энергия. Поэтому вся совокупность процессов метаболизма и работа многочисленных механизмов обратных связей на всех уровнях: целостных организмов, систем, органов и клеток, управляющих этими процессами, в конечном итоге, направлена именно на эту цель, то есть на максимальную продолжительность жизни. Потеря устойчивости неравновесного термодинамического состояния означает смерть.
Исходя из изложенного и на основании приведенных выше законов термодинамики биологических систем было сформулировано определение гомеостаза.
Гомеостаз – свойство живых организмов сохранять устойчивое неравновесное термодинамическое состояние при изменениях внешних условий.
Как следует из формулировки второго закона, в живом организме устойчивость неравновесного термодинамического состояния – его среднее значение (т.е. гомеостаз) обеспечивается непрерывными динамическими процессами – энергетическими колебаниями, вызываемыми последовательными реакциями синтеза и расщепления АТФ, управляемые системами обратных связей в зависимости от условий внешней среды.
Таким образом, природой гомеостаза являются энергетические колебания, направленные на обеспечение устойчивости неравновесного термодинамического состояния биологических систем.
На основании второго закона термодинамики биологических систем получены следующие следствия:
1. В живых организмах ни один процесс не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, труд с отдыхом, бодрстование со сном, биохимический синтез с расщеплением и т.д.
2. Состояние любого живого организма никогда не бывает статическим, а все его биологические параметры: концентрация веществ в клетках, различные биохимические реакции, пульс, артериальное давление, температура, состав крови, физиологические реакции, функции нервной деятельности и другие всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно некоторых средних значений.
Применение второго закона позволяет объяснить природу биологических ритмов и ряд других физиологических процессов, происходящих в живых организмах, которые до настоящего времени объяснения не нашли. В частности, он позволяет раскрыть проблему биологических.