Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные теории естествознания в вопросах и ответах. Учебное пособие.pdf
51
4. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ
будущее полностью предопределено современным состоянием Вселенной и законами механики
будущее полностью предопределено современным состоянием Вселенной и законами природы
точное предсказание будущего с помощью законов механики требует знания всего прошлого Вселенной
у каждого события есть причина, благодаря которой
данное событие произошло, и произошло именно так
4.1. Динамические и статистические закономерности
в природе
Вопрос
В чем состоит наиболее жесткая трактовка концепции детерминизма, которую дал П.С. Лаплас (лапласов детерминизм)?
В том, что…
Укажите один вариант ответа:
Объяснение
Термин «детерминизм» толкуется по-разному в зависимости
от контекста. В широком, философском понимании он почти
совпадает с принципом причинности, то есть утверждением
о том, что у каждого события есть какая-то причина, из-за чего
данное событие произошло, и произошло именно так. Однако
в истории естествознания важную роль сыграло сформулированное Лапласом более узкое и более жесткое понимание детерминизма, согласно которому каждая причина влечет за собой единственно возможное следствие. В таком случае можно предсказать
всю бесконечную цепочку следствий, вытекающих из данной
причины, действующей в настоящий момент. Своего расцвета
жесткий детерминизм достиг в механической научной картине
мира, согласно которой считалось, что все причинно-следствен-
52
ные связи в мире описываются законами механики, позволяю-
основана на предположении, что начальное состояние
(координаты и скорость) материальной точки можно
измерить сколь угодно точно, что не соответствует реальности
требует нереально большого даже для современных
компьютеров объема вычислительной работы по расчету траекторий движения частиц вещества во Вселенной
требует знания координат и скоростей всех частиц во
Вселенной, что на практике неосуществимо из-за чрезвычайно большого числа частиц и чрезвычайной удаленности большинства из них от земного исследователя
опирается только на выводы механики, а в мире происходят не только механические процессы, но и другие,
например электрические, которые к механическому
движению не сводятся
щими по заданному начальному состоянию любой материальной
точки точно и однозначно рассчитать ее будущую (или предыдущую) траекторию на сколь угодно продолжительный промежуток
времени. Препятствием к этому считалась лишь ограниченность
человеческих возможностей по сбору исходной информации
и проведению расчетов.
Вопрос
Почему концепция механического детерминизма оказалась
несостоятельной? Поскольку она…
Укажите один вариант ответа:
Объяснение
Механический детерминизм – концепция, согласно которой будущее Вселенной однозначно предопределено ее нынешним состоянием и законами механики. Он опирался на математи-
53
ческую теорему, гласящую, что если начальное состояние мате-
каждый материальный объект обладает как волновыми,
так и корпускулярными свойствами, но проявляет либо
первые, либо вторые в зависимости от ситуации
2)
полное (в классическом смысле) описание объекта всегда требует знания таких величин, что измерение одних
из них делает невозможным или неточным измерение
других
1)
произведение погрешностей измерения дополнительных физических величин, характеризующих данный
объект, ни при каких условиях не может быть меньше
некоторой константы
риальной точки задано (то есть известны ее координаты и скорость в начальный момент времени), то существует единственное
решение, описывающее траекторию будущего движения этой материальной точки. Но в XX в. в квантовой механике выяснилось,
что одновременное и точное измерение координат и скорости материального объекта невозможно в принципе! Таким образом,
математическая теорема, на которой покоилась концепция механического детерминизма, в реальности оказалась невыполнимой.
4.2. Концепции квантовой механики
Вопрос
Какое соответствие имеется между положениями квантовой
механики и их формулировками:
1) соотношения неопределенностей – …
2) принцип дополнительности – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Соотношения неопределенностей выражают фундамен-
тальный факт невозможности одновременного и точного измерения некоторых физических величин, например координаты и им-
54
пульса (скорости) объекта. Такие величины называются дополни-
2)
случайность и неопределенность – неотъемлемый, фундаментальный элемент мироздания. Именно поэтому
самым полным описанием природы является описание
статистическое, способное адекватно отразить эту фундаментальную неопределенность
1)
самой природе случайность и неопределенность не
свойственны, в ней любое событие с необходимостью
вытекает из своих причин. Случайность – всего лишь
обозначение для нашей неспособности учесть все причины того или иного явления и точно рассчитать последствия действия этих причин
природа в основном ведет себя согласно строгим законам, не оставляющим места для случайных, непредвиденных событий. Однако для некоторых второстепенных явлений просто нет законов природы, и они в одних и тех же условиях могут происходить по-разному,
производя эффект случайности
тельными. В соответствии с принципом дополнительности, несмотря на невозможность одновременного и точного измерения
дополнительных величин, полное представление о свойствах
объекта требует использования всех этих величин [2].
Вопрос
Какое соответствие имеется между научной теорией и вытекающим из нее пониманием природы случайности в нашем мире:
1) классическая механика – …
2) квантовая механика – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Классической механике свойствен механический детерми-
низм – представление о том, что все будущие события жестко
55
предопределены современным состоянием мира и законами ме-
3)
дизельный двигатель автомобиля
1)
аккумулятор сотового телефона
2)
тормозные колодки на колесах велосипеда
электродвигатель бытового пылесоса
ханики. Если же мы не умеем вести точные расчеты или собирать
достаточно полную и точную информацию о современном механическом состоянии мира, то не можем сказать точно, произойдет ли то или иное событие, и начинаем рассуждать о случайности и вероятности. Таким образом, в классической механике случайность – это не атрибут природы, а отражение человеческого
незнания.
В квантовой механике положение о том, что результат из-
мерения физической величины можно предсказать лишь вероятностно, является аксиомой. Имеются экспериментально проверенные теоретические соображения о том, что уменьшить неопределенность квантово-механических предсказаний (и тем самым
избавиться от случайности) невозможно в принципе [1].
4.3. Принцип возрастания энтропии
Вопрос
Какое соответствие имеется между процессом взаимопревращения форм энергии и устройством, предназначенным для
осуществления этого процесса:
1) превращение химической энергии в электрическую – …
2) превращение механической энергии в тепловую – …
3) превращение тепловой энергии в механическую – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Назначение аккумулятора – хранить энергию в химической
форме, превращая ее по мере необходимости в электрическую,
56
необходимую, например, для питания электроники сотового те-
3)
энтропия – измеряемая физическая величина
энтропия – мера отсутствия информации
1)
энтропия – мера низкокачественности энергии
2)
энтропия – мера беспорядка и бесструктурности
лефона. Назначение электродвигателя пылесоса – превращать поступающую в него энергию электрического тока в механическую
энергию вращения воздушного насоса. Назначение двигателя
внутреннего сгорания – превращать часть тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, в энергию механического
движения поршней в цилиндрах двигателя. Назначение тормозных колодок – превращать механическую энергию вращения колес и движения велосипеда как целого в тепловую энергию, выделяющуюся при трении колодок о колеса и колес о дорожное
покрытие.
Вопрос
Какое соответствие имеется между формулировками второго
закона термодинамики и свойствами энтропии:
1) невозможен процесс, единственным результатом которого
служит превращение тепловой энергии в полезную работу;
2) изолированная система с течением времени неизбежно
переходит во все более однородное состояние;
3) энтропия изолированной системы с течением времени
стремится достичь максимально возможного значения?
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Наиболее общая формулировка второго закона термодинамики гласит, что энтропия изолированной системы может только
возрастать или, в лучшем случае, оставаться постоянной (когда
57
система достигнет равновесного состояния). Эта формулировка
3)
эволюция как форма существования Вселенной
1)
универсальные закономерности самоорганизации в природе и обществе
имеет смысл лишь при условии, что энтропия – это обычная физическая величина, которую можно измерить и выразить числом.
Энтропия является также мерой низкокачественности энергии. Самая низкокачественная форма энергии – тепловая. Именно
поэтому теплоту нельзя превратить в работу, не вызвав никаких
других сопутствующих изменений. Если бы это было возможно,
то затем работу легко было бы превратить в одну из форм высококачественной энергии, что означало бы уменьшение энтропии
системы, в которой все это происходит, в том числе системы изолированной.
Энтропия служит мерой отсутствия упорядоченности. Упо-
рядоченность требует структуры, а структура – это неоднородность: где-то горячо, а где-то холодно и т.п. Поэтому необходимый рост энтропии изолированной системы означает разрушение
ее упорядоченности, исчезновение имевшихся структур (неоднородностей) и, в конечном счете, переход в максимально однородное, одинаковое повсюду состояние.
4.4. Закономерности самоорганизации.
Принципы универсального эволюционизма
Вопрос
Какое соответствие имеется между научной дисциплиной
(научно-исследовательской программой) и ее предметом исследования:
1) синергетика – …
2) биологический эволюционизм – …
3) универсальный эволюционизм – …
Укажите в таблице варианты ответов:
58
происхождение человека (антропогенез) и формирования общества
2)
происхождение и развитие живых систем
3)
не может рассматриваться как самоорганизация, поскольку определяется внешним управляющим воздействием
1)
является примером самоорганизации, поскольку обладает всеми ее атрибутами (неотъемлемыми свойствами)
не может рассматриваться как самоорганизация, поскольку описывается очень простыми, линейными уравнениями
Объяснение
Синергетика – междисциплинарная область научных исследований, изучающая общие закономерности самоорганизации
в неравновесных нелинейных системах в природе и обществе.
Биологический эволюционизм – научно-исследовательская
программа, согласно которой понять и объяснить строение,
функционирование и взаимодействие живых организмов можно,
только установив, как они возникли и развивались. Универсаль-
ный эволюционизм – научно-исследовательская программа, согласно которой понимание Вселенной в целом и ее подсистем
возможно только при рассмотрении их в состоянии постоянного
развития (эволюции).
Вопрос
Какое соответствие имеется между явлением и основанием
относить его или не относить к самоорганизации:
1) развитие эмбриона в материнском организме у пресмы-
кающихся и млекопитающих…
2) формирование третичной и четвертичной структуры бел-
ка при складывании (фолдинге) полипептидной цепи…
3) формирование социального поведения у ребенка…
Укажите в таблице варианты ответов:
59
2)
не может рассматриваться как самоорганизация, поскольку возникающая структура является равновесной
Объяснение
Под самоорганизацией понимается самопроизвольное воз-
никновение сложной упорядоченной структуры в сильно неравновесной системе. В силу этого определения сама возникающая
в результате самоорганизации структура оказывается неравновесной, диссипативной. Она существует, пока сквозь нее протекают породившие ее потоки вещества, энергии.
Белковая глобула является равновесной структурой. При
достаточно низкой температуре она может существовать неопределенно долгое время, сохраняя свою пространственную форму.
Поэтому фолдинг белка не следует рассматривать как пример самоорганизации. Формирование социального поведения в раннем
возрасте также не является результатом самоорганизации, поскольку не обладает атрибутом самопроизвольности. Оно всегда
происходит под сильным управляющим воздействием извне на
ребенка – со стороны взрослых и детского коллектива. А вот развитие зародыша в материнском организме – хороший пример самоорганизации. Этот процесс самопроизволен, ибо организм матери не управляет развитием зародыша, а всего лишь поставляет
ресурсы и удаляет отходы. Очевидно, и зародыш, и организм,
в который зародыш в конце концов развивается, являются системами неравновесными, проточными и могут существовать только
при сохранении своей неравновесности.
60
5. ПАНОРАМА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Вселенная существовала всегда, то есть ее возраст не
может сравниваться со временем существования жизни
на Земле
1)
возраст Вселенной в несколько раз превышает время
существования жизни на Земле
2)
возраст Вселенной практически совпадает со временем
существования жизни на Земле
5.1. Космология
Вопрос
Какое соответствие имеется между космологической моделью и принятой в ней оценкой возраста Вселенной:
1) современная научная космология – …
2) креационистская модель (согласно буквальному понима-
нию Библии) – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Согласно современной научной космологии, Вселенная
возникла около 13,5 млрд лет назад. После этого прошло несколько миллиардов лет, в течение которых сформировались звезды первого поколения. Некоторые из них взорвались как сверхновые, разбросав свое вещество, обогащенное тяжелыми химическими элементами, по космосу. Из этого вещества сформировались около 5 млрд лет назад звезда по имени Солнце; около
4,5 млрд лет назад – наша планета, и от 4 до 3,5 млрд лет назад на
Земле появились первые живые организмы. Таким образом,
в рамках современного научного мировоззрения Вселенная в несколько раз старше земной жизни.
Согласно первой книге Библии (Бытие), Бог сотворил Землю, небесные светила, человека, животных и растения в течение