Современное естествознание. Ключевые понятия

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Набережночелнинский государственный педагогический институт»

Современное естествознание: ключевые понятия

Зарипова Р. С.

Автор - составитель

Набережные Челны, 2008

2

УДК 50 (075.8)

ББК 20я 7

С56

Рецензенты: канд.биол.наук, доцент Хасанова А.Р. канд.хим.наук, доцент Газизов И.Г.

канд. физ-мат.наук, доцент Тулвинский В.Б.

Современное естествознание: ключевые понятия / авт. – сост. Р.С. Зарипова. - Набережные Челны: НГПИ, 2008. - 38 с.

Пособие предназначено для студентов гуманитарных специальностей, изучающих концепции современного естествознания, преподавателей, аспирантов и учащейся молодежи, интересующейся мировоззренческими и теоретико-познавательными проблемами естествознания и философии.

В работе систематизирован терминологический минимум, владение которым необходимо для успешного усвоения курса «Концепции современного естествознания», выполнения контрольных и самостоятельных работ, подготовки к семинарским занятиям и итоговым экзаменам.

Пособие имеет справочный характер; вместе с тем, конкретные понятия являются опорными при изучении соответствующей темы.

Пособие подготовлено в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования.

© Р.С. Зарипова, 2008 © НГПИ, 2008

3

Предисловие

«Концепции современного естествознания» - это курс, призванный показать место и значение естествознания в культуре, познакомить на уровне общих представлений с наиболее важными для понимания мира и человека в мире концепциями наук о природе в их развитии.

Основной особенностью курса является то, что он охватывает чрезвычайно широкую предметную область при скромном объеме времени, отводимого на еѐ изучение. Особое внимание при изучении дисциплины следует уделить понятийному аппарату. Отсюда вытекает необходимость пояснения или уточнения смысла новых для студентов терминов и понятий. В предлагаемом пособии содержится достаточно подробный словарь ключевых понятий и терминов, который позволит систематизировать и закрепить изучаемые вопросы. При трактовке конкретных понятий использованы современные учебники, энциклопедические и справочные издания, в том числе электронные материалы, лекции, подготовленные автором.

Цель пособия – помочь студентам максимально эффективно усвоить учебную программу, заострить внимание на ключевых понятиях для наилучшего понимания и усвоения значительного объема информации, оптимизировать самостоятельную работу.

4

Основные понятия и термины

Абиотические факторы среды — совокупности условий неорганической среды, влияющих на организмы. Они делятся на химические, физические, космические, геолого-географические, климатические и др.

Абиогенез — теории возникновения живых существ из веществ неорганической природы.

Абстрагирование - метод познания, который основан на сознательном отвлечении от ряда свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих исследователя свойств и связей.

Автотрофы (аутотрофы) — организмы, синтезирующие из неорганического вещества необходимые для жизни органические вещества. К автотрофам относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли и некоторые бактерии. Синтез органических соединений из неорганических может осуществляться за счет солнечной энергии (фотосинтез) и за счет энергии некоторых химических реакций (хемосинтез).

Агностицизм — учение, отрицающее возможность объективного познания мира, достижения объективной истины.

Адаптация — процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) и их органов к условиям среды.

Аддитивность — свойство величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту (системе), равно сумме значений величин, соответствующих его частям, при любом разбиении объекта на части.

Адроны — общее название семейства элементарных частиц, обладающих сильным взаимодействием. Семейство адронов включает в себя барионы и мезоны (мезонные резонансы и соответствующие античастицы).

Аккреция - падение вещества на космическое тело (звезду, галактику и др.) из окружающего пространства.

Аксиома – исходное положение какой-либо теории, лежащее в основе доказательств других положении этой теории, в пределах которой оно принимается без доказательства.

Аллели (от греч. allelon - друг друга - взаимно) (аллеломорфы) - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом; определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке может присутствовать не более двух аллелей одновременно.

5

Анализ - метод научного исследования явлений и процессов, в основе которого лежит изучение составных частей, элементов изучаемой системы. Анализ служит отправной точкой прогнозирования, планирования, управления объектами и протекающими в них процессами.

Анизотропия – в противоположность изотропии, зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления.

Аннигиляция пары - один из видов превращений элементарных частиц, происходящий при столкновении частицы с античастицей. При аннигиляции частица и античастица исчезают, превращаясь в др. частицы, число и сорт которых лимитируются законами сохранения. Например, при малых энергиях столкновения в процессе аннигиляции пары электрон-позитрон возникают фотоны, а пары нуклон-антинуклон - в основном пи-мезоны. Процесс, обратный аннигиляции, рождение пары.

Античастицы - элементарные частицы, имеющие те же массу, спин, время жизни и некоторые другие внутренние характеристики, что и их "двойники"-частицы, но отличающиеся от частиц знаками электрического заряда и магнитного момента, барионного заряда, лептонного заряда, странности и др. Все элементарные частицы, кроме абсолютно нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция.

Антропоцентризм — воззрение, согласно которому человек есть центр и высшая цель мироздания.

Ароморфоз (арогенез) — морфо-физиологический прогресс, одно из главных направлений биологического прогресса живых существ, при котором в ходе эволюции усложняется их организация; качественный скачок в развитии живых существ, повышающий как уровень организации, так и приспособленность вида к новым условиям, что способствует расширению его ареала (например, переход от рептилиеподобных к млекопитающим). После изменений по типу ароморфоза наступает период образования частных приспособительных изменений – идиоадаптаций.

Астрономическая единица — мера расстояний до космических объектов, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца.

Атом (от греч. atomos - неделимый) - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. В центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома; вокруг движутся электроны, образующие электронные оболочки, размеры которых (~10-10 м) определяют размеры атома. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число электронов в атоме равно числу протонов в

6

ядре (заряд всех электронов атома равен заряду ядра), число протонов равно порядковому номеру элемента в периодической системе.

Атомы могут присоединять или отдавать электроны, становясь отрицательно или положительно заряженными ионами. Химические свойства атомов определяются в основном числом электронов во внешней оболочке; соединяясь химически, атомы образуют молекулы. Важная характеристика атома - его внутренняя энергия, которая может принимать лишь определенные (дискретные) значения, соответствующие устойчивым состояниям атома, и изменяется только скачкообразно путем квантового перехода. Поглощая определенную порцию энергии, атом переходит в возбужденное состояние (на более высокий уровень энергии). Из возбужденного состояния атом, испуская фотон, может перейти в состояние с меньшей энергией (на более низкий уровень энергии). Уровень, соответствующий минимальной энергии атома, называется основным, остальные - возбужденными. Квантовые переходы обусловливают атомные спектры поглощения и испускания, индивидуальные для атомов всех химических элементов.

Бактерии (от греч. bakterion - палочка) - группа микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов. Относятся к "доядерным" формам - прокариотам. Полагают, что бактерии - первые организмы, появившиеся на Земле.

Барстеры - вспыхивающие рентгеновские источники в космосе с периодом повторения вспышек от нескольких часов до нескольких дней. Обнаружены в 1975 г.

Биогенез: 1) процесс возникновения, зарождения живого; 2) теории, отрицающие появление жизни на Земле в результате возникновения живых существ из неживой материи (в противоположность абиогенезу).

Биогеоценоз - взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии; одна из наиболее сложных природных систем.

Биология - комплекс знаний о жизни и совокупность научных дисциплин, изучающих живое. Биология имеет дело не только с великим множеством форм различных организмов, но также с их эволюцией, развитием и с теми отношениями, которые складываются между ними и окружающей средой.

Биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Б. охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В. И.

7

Вернадскому - биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключается в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле. Термин "Б." ввѐл в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. Общее учение о Б. создано в 20-30-х гг. 20 в. В. И. Вернадским, развившим идеи В. В. Докучаева о комплексном естественно-историческом анализе взаимодействующих в природе разнокачественных объектов и явлений (факторов почвообразования) и выявлении самостоятельных природных объектов гетерогенной структуры и состава (почвы, природные зоны). В основе учения Вернадского лежат представления: 1) о планетарной геохимической роли живого вещества (совокупность всех живых организмов, существовавших или существующих в определѐнный отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологический, фактор; в отличие от живых существ, изучаемых в биологии на всех уровнях их организации, начиная от молекулярного, живое вещество, в понимании Вернадского, как биогеохимический фактор, количественно выражается в элементарном химическом составе, массе и энергии), 2) об организованности Б., являющейся продуктом сложного превращения вещественноэнергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли.

Биотические факторы среды - совокупность влияний, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов.

Биоценоз - совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни и характеризующихся определенными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами.

Бифуркация – разветвление, раздвоение в траектории движения системы в определенной точке.

Близкодействие - передача взаимодействия от тела к телу, от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

Вакуум - в квантовой теории поля - низшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, однако в вакууме может происходить рождение виртуальных частиц, которые влияют на физические процессы (что обнаружено экспериментально).

Верификация - проверка, эмпирическое подтверждение теоретических положений науки путем сопоставления их с наблюдаемыми объектами, чувственными данными, экспериментами.

Взаимодействие - развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на других путем обмена материей и движением. Взаимодействие в более узком смысле - такие процессы, в ходе

8

которых между взаимодействующими структурами и системами происходит обмен квантами определенных полей, энергией, а иногда и информацией. Любые взаимодействия каких угодно объектов могут быть сведены к ограниченному классу четырех основных видов фундаментальных взаимодействий, располагающихся по величине относительной интенсивности (от большей к меньшей) в следующем порядке: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

Сильные (ядерные) взаимодействия проявляются лишь в пределах ядра. Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа сильного взаимодействия имеет величину порядка 1. Наибольшее расстояние, на котором проявляется сильное взаимодействие (радиус действия ), составляет примерно 10-13 см. Переносчики – глюоны.

Электромагнитные взаимодействия обусловливают связи в атомах,

молекулах и обычных макротелах. Константа взаимодействия равна 10-3. Радиус действия не ограничен. Переносчики – фотоны.

Слабое взаимодействие. Это взаимодействие ответственно за все виды

Р-распада ядер (включая е-захват), за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия равна по порядку величины 10-15 см. Слабое взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим. Медленные распады с характерным временем 10-10—10 -6 с происходят за счет так называемого слабого взаимодействия, тогда как быстрый распад (10-16 с) происходит под влиянием электромагнитных взаимодействий. Переносчики

– векторные бозоны.

Гравитационное взаимодействие (тяготение). Притяжение тел к Земле, существование Солнечной системы, звездных систем (галактик) обусловлено взаимодействием сил тяготения, или иначе - гравитационными взаимодействиями. Эти взаимодействия универсальны, т. е. применимы к любым микро- и макрообъектам. Однако они существенны лишь для тел огромных астрономических масс и для формирования структуры и эволюции Вселенной как целого. Гравитационные взаимодействия очень быстро ослабевают для объектов с малыми массами и практически не играют роли для ядерных и атомных систем. Радиус действия не ограничен. Переносчики

– гравитоны (пока не открыты).

Виртуальные частицы - теоретически вычисленные элементарные частицы, существующие в промежуточных, имеющих малую длительность состояниях, для которых не выполняются обычные соотношения между энергией, импульсом и массой. Другие характеристики виртуальных частиц (электрический заряд, спин, барионный заряд и др.) такие же, как у соответствующих реальных частиц.

9

Витализм - идеалистическое течение в биологии, допускающее наличие в организмах нематериальной жизненной силы.

Волновая функция - в квантовой механике величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (например, электрона, протона, атома, молекул) и вообще любой квантовой системы (например, кристалла).

Время - всеобщая объективная форма существования движущейся материи, являющаяся необходимым условием возникновения и изменения конкретных материальных систем и выражающая структурность, темп и длительность материальных процессов и объективную последовательность событий. Следовательно, понятие "время" выражает также всеобщее свойство таких материальных систем и процессов, как:

-длительность существования предметов, систем и развития их отдельных фаз, сторон, ступеней и т. д.;

-порядок следования и смена состояний, известная последовательность процессов (до, после, одновременно и т. п.).

Галактика - основные структурные образования Вселенной, состоящие из динамически связанных звезд, звездных скоплений и диффузной среды. Галактики подразделяются на эллиптические, спиральные и неправильные. Ближайшие к нам галактики - Магеллановы облака и туманность Андромеды. Галактика Млечного пути (от греческого gala - молоко) - это обширная звѐздная система, к которой принадлежит Солнце, а следовательно, и вся наша планетная система вместе с Землѐй. Г. состоит из множества звѐзд различных типов, а также звѐздных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвѐздном пространстве. Большая часть их занимает объѐм линзообразной формы поперечником около 30 и толщиной около 4 килопарсек (соответственно около 100 тыс. и 12 тыс. световых лет). Меньшая часть заполняет почти сферический объѐм с радиусом около 15 килопарсек (около 50 тыс. световых лет). Все компоненты Г. связаны в единую динамическую систему, вращающуюся вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю, находящемуся внутри Г., она представляется в виде Млечного Пути (отсюда и еѐ название - "Г.") и всего множества отдельных звѐзд, видимых на небе. В связи с этим Г. называется также системой Млечного Пути. В отличие от всех др. галактик ту, к которой принадлежит Солнце, иногда называют "нашей Галактикой" (термин пишут всегда с прописной буквы).

Звѐзды и межзвѐздная газопылевая материя заполняют объѐм Г. неравномерно: наиболее сосредоточены они около плоскости, перпендикулярной оси вращения Г. и являющейся плоскостью еѐ симметрии (т. н. галактической плоскостью). Млечный Путь представляет собой скопление огромного количества звѐзд, сливающихся в широкую белѐсую

10