Морская звезда, поедающая моллюска

При паразитизме один из видов получает из организма другого питательные вещества, принося ему вред, но не вызывая его немедленной гибели.

Гриб сапролегния, паразитирующий на рыбе

При конкуренции взаимодействие является отрицательным для обеих популяций. Многие виды животных и растений, особенно близкие по своим экологическим особенностям, могут конкурировать за пищу, воду или свет. В результате конкуренции один вид может полностью вытеснить другой из экосистемы.

Форма взаимодействия, при которой один вид извлекает пользу из соседства с другим, а для последнего такое соседство безразлично, называется комменсализмом. Наконец, сотрудничество популяций, приносящее пользу обоим партнерам, называется симбиозом. Среди симбиотических отношений различают: кооперацию; мутуализм, когда присутствие партнеров обязательно; комменсализм, когда один вид получает пользу от сожительства, а другому это безразлично.

Птицы-чистильщики (скворцы на зебре)

Лишайник – симбиоз водоросли и гриба

Эпифитная орхидея с воздушными корнями на стволе дерева

4. Какие проблемы теории теплового излучения привели к «ультрафиолетовой катастрофе», предрекающей крушение «классической физики»?

Измерять тепловое излучение нагретых тел начали в конце прошлого века в связи с развитием ламповой промышленности. Лорд Рэлей (У. Стретт) и Дж. Джинc, объясняя явления на основе классической электромагнитной теории, получили, что при распределении энергии излучения по длинам волн на долю длинных волн приходится лишь небольшая часть энергии, но она быстро растет с уменьшением длины волны. Эта зависимость частично совпадала с данными, полученными выдающимися оптиками Луммером и Прингсгеймом, но экспериментальная кривая имела горб, который при повышении температуры поднимался и сдвигался влево. Это означало, что распределение излучаемой энергии имеет максимум на некоторой длине волны, и чем горячее тело, тем дальше максимум сдвигается в видимую область к синему концу спектра.

В 1884 г. Л. Больцман из термодинамического расчета получил, что энергия черного излучения пропорциональна Т⁴, а давление — 1/3 объемной плотности энергии (при оценке на основе классической электродинамики). Так впервые к тепловому излучению применили понятия термодинамики — давление и температуру. Этот расчет подтвердили оценки Дж. Стефана. Закон Стефана—Больцмана говорит о суммарной энергии спектра (рис. 5.5) и имеет вид:

Проблема распределения энергии в спектрах являлась одной из самых важных задач, стоявших перед наукой. Шаг в ее решении сделал В. Вин, объединив принципы термодинамики и эффект Доплера. В 1893 г. Вин распространил законы и понятия термодинамики (Т и S) на тепловое излучение и на следующий год вывел из расчетов для модели абсолютно черного излучения важный закон — закон смещения, согласно которому м • К — постоянная Вина.

Максимум излучения должен смещаться в синюю сторону с ростом температуры тела, а по классической теории с уменьшением длины волны энергия должна расти до бесконечности. В 1896 г. Вин из классических представлений получил закон распределения энергии в спектре черного тела, но позже выяснилось, что он справедлив только для коротких длин волн.

Итак, по закону смещения Вина показатель цвета звезды характеризует температуру ее фотосферы. И звезды делят на спектральные классы по цвету (длине волны), чем выделяют диапазоны температур их фотосферы. Так, голубому классу «О» соответствует температура 50000—25 000 К, а желтому — 7000—4500 К (см. гл. 9).

Как писал Лауэ, Вин «довел физику непосредственно до ворот квантовой физики, а уже следующий шаг, который предпринял Планк, провел ее через эти ворота». Рэлей считал распределение энергии по степеням свободы системы равномерным, но получил формулу, в которой удельная интенсивность излучения оказалась пропорциональной квадрату частоты и абсолютной температуре (1900). Спектральная плотность росла с частотой, и возникал парадокс — полная плотность энергии черного излучения при всех температурах бесконечна! Для малых частот (инфракрасной области спектра) формула Рэлея отвечала эксперименту, но с увеличением частоты она не давала «ко-локолообразной» зависимости.