23. Симметрия и ассиметрия в неживой и живой природе.

Симметрия и противоположное ей свойство природы – асимметрия (или неполная симметрия) являются фундаментальными понятиями естествознания, т.к. они, в известной мере, отражают степень упорядоченности систем, вследствие чего, помогают восприятию порядка в хаотической Вселенной и позволяют из разрозненных фрагментов знания получить целостную картину мира.

Симметрия:

• предполагает неизменность (инвариантность) объекта или свойств объекта по отношению к каким-либо преобразованиям, операциям, выполненных над объектом (простейший пример: если куб повернуть на 90, то он будет выглядеть точно так же, как и до поворота)

• понятие симметрии, как неизменности свойств объекта по отношению к операциям, выполненных над объектом, можно применить к материальным объектам, физическим законам и математическим формулам.

В природе не все объекты обладают симметрией, но не бывает и полного отсутствия симметрии (асимметрия – такое состояние, при котором симметрия отсутствует)

Нарушенные (неполные) симметрии, примеры:

• «живым» молекулам, в отличие от «неживых» молекул, присуща так называемая хиральность (хиральность – понятие, характеризующее свойство объекта быть несовместимым со своим отображением в идеальном плоском зеркале). Так ориентация ДНК – спираль, всегда правая

• у высших биологических объектов, в отличие от низших, имеет место асимметрия – разделение полов, где каждый пол вносит в процесс самовоспроизведения, свойственную только ему, генетическую информацию

• асимметрия на уровне элементарных частиц – это преобладание в нашей Вселенной частиц над античастицами

Эволюция есть цепочка нарушений симметрии. Это обусловлено:

• наибольшей симметрией обладают равновесные хаотические состояния системы

• при переходе материи на более высокий уровень организации, упорядоченности – снижается энтропия (как мера хаотичности), а тем самым и симметрия

Можно считать, что возникновение жизни в целом связано со спонтанным нарушением, имевшейся до того в природе, зеркальной симметрии (под действием радиации, температуры и т.п.) и нашло свое отражение в генах живых организмов.

По мере упорядочения живых организмов (живых систем), их усложнения в ходе развития жизни (эволюции), асимметрия все больше и больше превалирует над симметрией, вытесняя ее из биологических и физиологических процессов.

Простейшие симметрии:

• однородность (одинаковые свойства во всех точках)

• изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)

22. Микро-, макро- и мегамиры.

В современном естествознании имеют дело с чрезвычайно большой совокупностью сильно различающихся по своему масштабу и по уровню сложности объектов. Взяв за ориентир пространственно-временной масштаб, привычный для человека, всю совокупность объектов можно условно представить тремя областями.

Микромир:

• это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых объектов

• пространственная размерность объектов исчисляется от 10^-16см-10^-6см

• целиком стал областью интересов квантовой физики

• основные структуры: элементарные частицы; атомные ядра; атомы; молекулы; биологические системы (нуклеиновые кислоты, белки, вирусы, бактерии, клетки)

Макромир:

• это мир, непосредственно окружающих человека, объектов

• пространственная размерность объектов исчисляется от 10^-5см- 10⁴км

• основные структуры: газообразные, жидкие и твердые тела; биологические системы (организмы, биогеоценозы, биосфера) и т.д.

• изучение объектов проведено в основном в рамках классического естествознания

Мегамир:

• основные структуры: планеты; планетные системы (например, Солнечная система); звезды; галактики; скопление галактик; Метагалактика; Вселенная.

• изучение объектов осуществляется астрономией, астрофизикой и космологией

• пространственная размерность объектов простирается от 10⁴ км до 10²³ км

• существенными являются гравитационные взаимодействия больших масс, масс космического масштаба.

Единицы измерений расстояний в мегамире:

• астрономическая единица (а.е.) – расстояние от Земли до Солнца, равная примерно 150 млн. км, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы

• межзвездные и межгалактические расстояния измеряются в единицах:

а) световой год- расстояние, которое световой луч преодолеет за один год, равный примерно 10 триллионов километров (10¹³ км);

б) парсек (п.к.) равен 3,26 светового года, т.е. приблизительно 3*10¹³ км

Звезда:

• самосветящееся небесное тело, состоящее из раскаленных газов (плазмы), по своей природе похожи на Солнце

• основным источником энергии звезд являются реакции термоядерного синтеза, при которых из легких ядер образуются более тяжелые (чаще всего это превращение водорода в гелий)

Атрибуты планет:

• небесные тела, обращающиеся вокруг звезд

• светятся отраженным светом от звезд

• достаточно массивны, чтобы под действием собственного гравитационного поля стать шарообразными

• достаточно массивна, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел

Галактики:

• системы из миллиардов звезд (не менее 1000 млрд. звезд), связанных взаимным тяготением и общим происхождением

Галактики по форме условно разделяются на три типа:

• эллиптические галактики, обладающие формой эллипса с различной степенью сжатия

• спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви

• неправильные галактики – не обладают выраженной формой

Наша галактика – Млечный путь, ее основные характеристики:

• гигантская (более 100 млрд. звезд)

• спиральная

• диаметр около 100 тысяч световых лет

Метагалактика: часть Вселенной со всеми находящимися в ней галактиками и др. объектами, которая доступна для исследования современными астрономическими методами. Она содержит несколько миллиардов галактик

Вселенная – все сущее, т.е. весь существующий материальный мир. Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удаленных из наблюдаемых объектов – более 10 млрд. световых лет

Космос – плохо определяемый термин. Он обозначает или Вселенную в целом или пространство за пределами Земли.