Энергия магнитного поля
Приращение плотности энергии магнитного поля равно:
где:
H — напряжённость магнитного поля,
B — магнитная индукция
В
линейном тензорном приближении магнитная
проницаемость есть тензор
(обозначим его
)
и умножение вектора на нее есть тензорное
(матричное) умножение:
или
в компонентах[13]
.
Плотность энергии в этом приближении равна:
где:
—
компоненты тензора магнитной
проницаемости,
—
тензор, представимый матрицей, обратной
матрице тензора магнитной проницаемости,
—
магнитная
постоянная
При выборе осей координат совпадающими с главными осями[14] тензора магнитной проницаемости формулы в компонентах упрощаются:
—
диагональные компоненты тензора
магнитной проницаемости в его собственных
осях (остальные компоненты в данных
специальных координатах - и только в
них! - равны нулю).
В изотропном линейном магнетике:
где:
— относительная магнитная проницаемость
В
вакууме
и:
Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:
где:
Ф — магнитный поток,
I — ток,
L — индуктивность катушки или витка с током.
26) Геометрическая оптика и волновая теория света. Оптические явления.
Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.Световой луч принят как линия, вдоль которой распространяется поток световой (квантовой) энергии.
В силу того, что свет представляет собой волновое явление, имеет место интерференция, в результате которой ограниченный пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение т.е имеет место дифракция. Однако в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь расходимостью пучка света и считать, что он распространяется в одном единственном направлении: вдоль светового луча.
В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:
Закон прямолинейного распространения света
Закон независимого распространения лучей
Закон отражения света
Закон преломления света (Закон Снелла)
Закон обратимости светового луча. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.
Среди разделов геометрической оптики стоит отметить
расчёт оптических систем в параксиальном приближении
распространение света вне параксиального приближения, формирование каустик и прочих особенностей световых фронтов.
распространение света в неоднородных и неизотропных средах (градиентная оптика)
распространение света в волноводах и оптоволокне
распространение света в гравитационных полях массивных астрофизических объектов, гравитационное линзирование.
Волнова́я тео́рия све́та — одна из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории основывается на том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света).
Теория подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.
Оптические явления:
Отраже́ние — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения).
Преломле́ние (рефра́кция) — изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.
Преломление света на границе двух сред даёт парадоксальный зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»).
27) Гипотезы происхождения жизни на Земле.
Существуют следующие пять основных групп теорий о происхождении жизни.
Креационизм, утверждающий, что жизнь была создана сверхъестественным существом (Богом, космическим разумом и т.п.), к этому направлению примыкают теологи и философы-идеалисты. Этот процесс был произведен один раз, больше он не повторится и поэтому не доступен экспериментальной проверке. Поэтому эту теорию обычно выносят за рамки научного исследования.
Остальные направления материалистичны.
Теория самопроизвольного зарождения - жизнь самозарождается при создании для этого подходящих условий, и это на протяжении всей истории Земли на ней происходило неоднократно, однако попытки создания жизни в искусственных лабораторных условиях (в «пробирке») химическим путем пока не удались.
Теория стационарного состояния. Жизнь существовала всегда, и только изменялись ее формы.
Теория панспермии. Жизнь на Землю была занесена из космоса, поскольку в нем зародыши жизни и белковые элементы непрерывно переносятся с планеты на планету (основание – найденные на метеоритах органические соединения).
Теория биохимической революции - жизнь произошла естественным путем в результате саморазвития химических и физических процессов (примыкает ко второй группе теорий).
Последняя группа теорий в настоящее время является господствующей. Согласно ней биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция – возникновение все более сложных химических соединений.
Теория абиогенного происхождения жизни
Пожалуй, первая научная, хорошо продуманная теория происхождения жизни абиогенным путем была предложена биохимиком А.И. Опариным еще в 20-х годах прошлого века и дополненная Дж. Холдейном. Теория базировалась на представлении, что все начиналось с белков, и на возможности в определенных условиях спонтанного химического синтеза мономеров белков - аминокислот и белковоподобных полимеров (полипептидов) абиогенным путем. Публикация теории стимулировала многочисленные эксперименты в ряде лабораторий мира, показавшие реальность такого синтеза в искусственных условиях. Теория быстро стала общепринятой и необыкновенно популярной.
28) Теории эволюции жизни. Синтетическая теория эволюции.
Теория Ламарка:
Первую научную теорию эволюции разработал в начале XIX века Жан Батист Ламарк. В основе его теории лежали два постулата:
1) О наследовании приобретенных признаков. Это предположение объясняло, почему организмы так хорошо приспособлены к условиям существования. В течение жизни они используют одни органы чаще и интенсивнее, другие – реже и слабее. Те органы, которые все время "тренируются", естественно, крепнут и растут, а другие – уменьшаются и слабеют. Изменения, возникающие вследствие такой избирательной тренировки, передаются по наследству потомкам. Например, если животное питается листьями высоких деревьев, ему приходится все время вытягивать шею. Шея тренируется и немножко удлиняется. Потомство такого животного получит уже от рождения немного более длинную шею. Так, по мнению Ламарка, появились жирафы. Если какая-то птица перестает летать, переходит к наземной жизни, то ее крылья от долгого неупотребления атрофируются. Так возникли нелетающие птицы с рудиментарными крыльями.
2) О внутренне присущем всему живому "стремлении к совершенству". Это предположение объясняло усложнение организмов, появление новых органов и тканей. Эволюционистов до сих пор часто упрекают в том, что они не могут как следует объяснить этот феномен. Конечно, сами эволюционисты считают, что они его отлично объясняют. Но не все. Некоторые видные ученые продолжают возвращаться к этой идее Ламарка. Например, замечательный палеонтолог, эволюционист и философ Пьер Тейяр де Шарден, один из открывателей знаменитого пекинского синантропа, полагал, что неуклонно происходящее в ходе эволюции повышение уровня организации живых существ не может быть объяснено отбором случайных, ненаправленных мутаций и служит доказательством присутствия какой-то особой направляющей силы (Шарден называл ее "радиальной энергией", потому что, по его мнению, она движет эволюцию к некому абсолютному средоточию, или центру – "точке Омега").
Теория Дарвина:
Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина. Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:
1. В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.
2. Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.
3. Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.
4. В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.
5. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.
6. Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.
На этих постулатах, безупречных с точки зрения логики и подкрепленных огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.
Синтетическая теория эволюции (также современный эволюционный синтез) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.
Толчок к развитию синтетической теории дала гипотеза о рецессивности новых генов. Говоря языком генетики второй половины XX века, эта гипотеза предполагала, что в каждой воспроизводящейся группе организмов во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации — новые варианты генов.
Считают, что эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное сочетание, нетипичное для предшествующей истории вида. В итоге для осуществления эволюции необходимо наличие трёх процессов:
мутационного, генерирующего новые варианты генов с малым фенотипическим выражением;
рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;
селекционного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.
Все сторонники синтетической теории признают участие в эволюции трёх перечисленных факторов.
Авторы синтетической теории расходились во мнениях по ряду фундаментальных проблем и работали в разных областях биологии, но они были практически единодушны в трактовке следующих основных положений:
элементарной единицей эволюции считается локальная популяция;
материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость;
естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов;
дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков;
вид есть система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов, и каждый вид экологически обособлен;
видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях географической изоляции.
Таким образом, синтетическую теорию эволюции можно охарактеризовать как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.
29) Основные теории антропогенеза.
Антропогенез (от греч. anthropos – человек, genesis – развитие) – процесс развития современного человека, палеонтология человека; наука, изучающая происхождение человека, процесс его развития.
Количество теорий о происхождении человека огромно, однако основными являются две – теории эволюционизма (возникшая на основе теории Дарвина и Уоллеса) и креационизма (возникшая на основе Библии).
Вот уже около полутора столетия не стихают дискуссии между сторонниками этих двух различных теорий в биологии и естествознании.
Согласно эволюционной теории человек произошел от обезьяны. Место человека в отряде современных приматов таково:
1) подотряд полуобезьян: секции лемуроморфных, лориморфных, тарсииморфных;
2) подотряд антропоидов:
а) секция широконосых обезьян: семейство игрункообразных и капуцинообразных;
б) секция узконосых обезьян:
• надсемейство церкопитекоидов, семейство мартышкообразных (низшие узконосые): подсемейство мартышковых и тонкотелых;
• надсемейство гоминоидов (высшие узконосые):
• семейство гиббонообразных (гиббоны, сиаманги);
• семейство понгид. Орангутан. Африканские понгиды (горилла и шимпанзе) как самые близкие родственники человека;
• семейство гоминид. Человек – его единственный современный представитель.
Эволюционная теория предполагает, что человек произошел от высших приматов - человекообразных обезьян путем постепенного видоизменения под влиянием внешних факторов и естественного отбора. Эволюционная теория антропогенеза имеет обширный набор разнообразных доказательств - палеонтологических, археологических, биологических, генетических, культурных, психологических и других. Однако многие из этих доказательств могут трактоваться неоднозначно, что позволяет противникам эволюционной теории оспаривать ее.
Согласно этой теории имеют место следующие основные стадии эволюции человека: § время последовательного существования антропоидных предков человека (австралопитек); § существование древнейших людей: питекантропа; § стадия неандертальца, то есть древнего человека; § развитие современных людей (неоантропов).
Теория творения (креационизм). Данная теория утверждает, что человек сотворен Богом, богами или божественной силой из ничего или из какого-либо небиологического материала. Наиболее известна библейская версия, согласно которой Бог создал мир за семь дней, а первые люди - Адам и Ева - были сотворены из глины. Эта версия имеет более древние египетские корни и ряд аналогов в мифах других народов. Разновидностью теории творения можно считать также мифы о превращении животных в людей и о рождении первых людей богами.
Теория внешнего вмешательства (палеовизит). Согласно этой теории появление людей на Земле так или иначе связано с деятельностью иных цивилизаций. Сам термин палеовизит означает посещение Земли внеземными цивилизациями. В простейшем варианте ТВВ считает людей прямыми потомками инопланетян, высадившихся на Землю в доисторическое время. Более сложные варианты ТВВ предполагают: а) скрещивание иномирян с предками людей; б) порождение человека разумного методами генной инженерии; в) управление эволюционным развитием земной жизни силами внеземного сверхразума; г) эволюционное развитие земной жизни и разума по программе, изначально заложенной внеземным сверхразумом. На рубеже 50–60-х годов тема палеовизита получила реальный шанс быть включенной в сферу нормальных научных исследований.
Теория пространственных аномалий. Последователи данной теории трактуют антропогенез, как элемент развития устойчивой пространственной аномалии - гуманоидной триады, под которой принято понимать субстанции, слияние и взаимодействие которых привело к возникновению человечества. Данные субстанции образуют цепь "Материя - Энергия - Аура", характерную для многих планет Земной Вселенной и ее аналогов в параллельных пространствах. Данная теория считает материю и энергию не естественными элементами мироздания, а пространственными аномалиями: идеальное пространство не содержит ни материи, ни энергии и состоит из проточастиц, находящихся в равновесном состоянии, нарушение этого равновесия ведет к возникновению элементарных частиц, находящихся в энергетическом взаимодействии между собой. Аура - это информационный элемент мироздания. Она способна оказывать влияние на материю и энергию, но и сама зависит от них, то есть здесь тоже наблюдается взаимодействие. Она больше похожа на компьютер, хранящий и обрабатывающий информацию и просчитывающий план развития материального мира на несколько шагов вперед. Впрочем, последователи теории пространственных аномалий полагают, что развитие человеческой цивилизации, а может быть, и других цивилизаций вселенной, делает ауру всё более похожей именно на Вселенский разум и даже на божество, возможности которого возрастают по мере развития и распространения разума во Вселенной.
30) Биосфера Земли. Взаимодействие организмов со средой обитания. Экология. Сущность экологического кризиса.
Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».