Контрольная работа по «Концепция современного естествознания»

Разработка  квантовой механики относится к  началу XX в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории привели к открытию законов квантовой механики.

Впервые в науке представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк в процессе исследования теплового излучения  тел. Своими исследованиями он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями — квантами, энергия которых зависит  от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного  характера света, который обладает одновременно и корпускулярными, и  волновыми свойствами, представляя  собой, таким образом, диалектическое единство этих противоположностей. Диалектика, в частности, выражается в том, что  чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые  свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный  характер, т.е. все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Позднее  эта идея была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового  дуализма был распространен на все  процессы движения и взаимодействия в микромире.

В частности, Н. Бор применил идею квантования  энергии к теории строения атома. Согласно его представлениям в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена  почти вся масса атома, а вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны. Вращающиеся  электроны должны терять часть своей  энергии, что влечет за собой нестабильное существование атомов. Однако на практике атомы не только существуют, но и  являются весьма устойчивыми. Объясняя этот вопрос, Бор предположил, что  электрон, совершая движение по своей  орбите, не испускает квантов. Излучение  происходит лишь при переходе электрона  с одной орбиты на другую, т.е. с  одного уровня энергии на другой, с  меньшей энергией. В момент перехода и рождается квант излучения.

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми  и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Это можно сделать только через определение волновой функции в данный момент, а потом найти его волновую функцию в любой другой момент. Квадрат модуля дает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства.

Кроме того, относительность пространства-времени  в данной картине мира приводит к  неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. И если в  классической физике вероятностным  законам подчинялось поведение  большого числа частиц, то в квантовой  механике поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам.

Таким образом, материя двулика: она обладает и корпускулярными, и волновыми  свойствами, которые проявляются  в зависимости от условий. Отсюда общая картина реальности в квантово-полевой  картине мира становится как бы двуплановой: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой — условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что  картина реальности в современной  физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.

Итак, ушли в прошлое представления о  неизменности материи и возможности  достичь конечного предела ее делимости. Сегодня мы рассматриваем  материю с точки зрения корпускулярно-волнового  дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная  взаимопревращаемость и взаимозависимость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния  в другое меняет число частиц.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным  случаем фундаментальных физических взаимодействий. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное  и слабое. Все они описываются  на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке.

При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать  скорости света в вакууме (300 000 км/с).

Окончательно  утверждаются представления об относительности  пространства и времени, их зависимости  от материи. Пространство и время  перестают быть независимыми друг от друга и согласно теории относительности  сливаются в едином четырехмерном  пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

Спецификой  квантово-полевых представлений  о закономерности и причинности  является то, что они всегда выступают  в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому  уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в  основе нашего мира лежит случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия  которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован  так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир  таков, каков он есть, только благодаря  существованию человека.

4. Биосфера, человек, космос?

Актуальной  проблемой нашего времени является мониторинг вредных воздействий  на экосистему и биосферу в целом. Большинство авторов применяют  в данном случае термин – охрана окружающей среды.

Теоретические основы данного понятия довольно неопределенные, не раскрыто научное  содержание, не определена его мировоззренческая  сущность. Трудно определить отрасль  знания, которая смогла бы разработать  научные основы решения данной проблемы. Значительное количество научных трудов, посвященных этому вопросу, содержат определенные методологические погрешности. Исследователи “охрану окружающей среды” пытаются представить объектом экологических исследований, объектом экологии, а, иногда, даже географии. Подобное ложное впечатление разрешимости данной проблемы может породить отрицательные последствия в хозяйственной практике. Следует отметить, что если ставится вопрос о влиянии того или иного антропогенного фактора на окружающую среду, то необходимо уточнить, какое содержание заключается в термин “окружающая среда”, то есть, конкретно определить объем этого понятия.

В литературе окружающая среда определяется то как  “среда внешняя, находящаяся в контакте с объектом”, то как “совокупность  абиотической, биотической и социальной сред, совместно, оказывающих влияние  на людей и их хозяйство” (Реймерс,1982, стр. 115). В данном случае термин может  нести природоведческую или социологическую  нагрузку. Термин “окружающая среда” вошел в широкий обиход в различных  отраслях знаний и стал модным, хотя используется совершенно произвольно.

Его широкому распространению способствует философская  концепция, рассматривающая жизнедеятельность  человека в зависимости от влияния  среды. Фактически данный термин характеризует  среду по отношению к человеку, к его социальным образованиям и  его внедрение в биологию создало  лишь путаницу и научную абстрактность. Вопросы, связанные с изменением, состоянием и охраной окружающей среды, невозможно изучать лишь с  помощью биологических методов. Они должны базироваться на научном  анализе хозяйственной деятельности человека и ее соотношении с биотическими системами. Нам представляется ошибочным  мнение некоторых авторов, что биосфера под влиянием научно – технического прогресса преобразовывается в  биотехносферу и далее в техносферу. В связи с этим, целесообразно  провести методологический анализ глобальной системы “Биосфера – Человек  – Космос”.

Известно, что экология рассматривает три  уровня организации жизни на Земле: организменный, популяционный и  экосистемный.

На этих уровнях осуществляются все жизненные  процессы человека, за их пределами  его жизнедеятельность не существует.

Основная  функция экосистемы, биогеоценоза и  биосферы в целом – обеспечение  энергетического обмена между всеми  живыми и косными компонентами, то есть круговорота веществ и трансформации  энергии. Функцию памяти и регулятора в живых системах выполняет генный материал. Человеческое общество и  все его формы деятельности в  биотический круговорот не включаются. Структурная организация человеческого  общества не обладает генетической памятью  и не регулируется генным блоком, поэтому  общество относится к социальной форме организации и управляется  человеческим умом.

С момента  возникновения человеческого общества на Земле оно лишь пространственно  размещено в биосфере и в ее пределах, и в связи с этим, оно не является компонентом биосферы, а выполняет функцию внешнего возмущающего воздействия.

Научно  – технический прогресс привел к  возникновению качественно новых  систем, в которых социальная форма  движения материи оказалась определяющей. Хозяйственная деятельность человека вышла за пределы биосферы, она  охватила глубокие слои литосферы, гидросферы, высокие слои атмосферы и близкий  космос. Это убедительно доказывает, что человеческое общество не является подсистемой биосферы, которая сама стала подсистемой более высокоорганизованной социосферой.

Таким образом, социосфера является глобальной системой, включающей биосферу, человеческое общество и космос.

Концепция социосферы полностью отвечает учению В. И. Вернадского (1967) о ноосфере, “сфере разума”, когда “человеческий ум и управляемый им труд стали мощной геологической силой”. Эта сила в современный период воздействует на биосферу, изменяет ее биогеоценотический покров, химический состав вод и  атмосферы, которые могут привести к уничтожению высших форм живых существ и изменению условий существования жизни, в том числе самого человека.

В соответствии с изложенными положениями можно  сделать вывод о том, что в  условиях соотношения биотических  и социальных факторов мониторинг экосистем  и биосферы в целом на планете, а также разработка теоретических  и прикладных вопросов использования  и охраны природных ресурсов имеют  два аспекта: биологический (экологически) и социологический в широком  смысле данного понятия.

Следовательно, с экологической точки зрения, биосфера – сложная экологическая  система, имеющая определенную структуру, управляемая биотическими механизмами  гомеостаза, саморегуляции и самосохранения, характеризующаяся непрерывным  круговоротом веществ и трансформации  энергии и постоянно находящаяся  под внешним возмущающим воздействием хозяйственной деятельности человека.

С социологической  точки зрения, Биосфера – это  подсистема социосферы, составная часть  интегрированной среды (социально  – экономической, культурной, природной  и т.д.), в которой осуществляется социальный обмен веществ, энергии, информации, то есть все виды многогранной жизнедеятельности человека. Это  качественно новое ее состояние, которое еще недостаточно осознанно  и требует новых подходов и  новых методов исследования (мониторинга).

При анализе  системы “Биосфера - Человек –  Космос” возникает важный вопрос: сколько людей будет жить в  недалеком будущем – через 30 – 50 лет? По данным ООН население может  составить не менее 10 млрд. человек. Говоря о приросте населения в  целом на земном шаре, как и в  отдельных регионах, нельзя не отметить, что увеличение народонаселения  и промышленно – экономический  рост имеют тесную взаимосвязь. С  одной стороны, повышается спрос  на предметы жизнеобеспечения, а стало  быть, на дальнейшее развитие науки. С  другой стороны, более широкое привлечение  людей к производству, к науке  и т. д., позволяет ускорить производство средств производства и средств потребления, подталкивает научно – технический прогресс.

Демографический подъем совпал с ускоренным процессом  урбанизации – очень большой  концентрацией населения в городах. Это не могло не отразиться на взаимодействии общества и природы. Известно, что  климат города заметно отличается от климата природных ландшафтов, которые  менее подверглись хозяйственной  деятельности. Так, температура в  городах в среднем на несколько  градусов выше, чем на территории естественных ландшафтов. Над городами, особенно крупными, чаще выпадают осадки, бывают густые туманы – смоги. Прозрачность воздуха на городских улицах меньше, чем на сельских. “Шапки” туманов  над городами уменьшают проникновение  к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Работами ученых установлены  закономерности теплового режима и  движения воздушных масс в городах: центральная часть сильнее прогревается, чем окраинная, порождая вертикальные воздушные потоки. В результате с  окраин в центр устремляются воздушные  массы, которые приносят загрязненный воздух промышленных предприятий, вынесенных за черту города. Нет необходимости  пояснять, что такие экологические  условия городов отрицательно влияют на здоровье и трудоспособность людей.