Естествознание

Оглавление 
 

1. ОТЛИЧИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ОТ СПЕЦИАЛЬНЫХ 

     ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК. ПОЧЕМУ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМИ

    ОТРАСЛЯМИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ ФИЗИКА, ХИМИЯ,

     БИОЛОГИЯ И ГЕОЛОГИЯ? ЧТО ЭТО ЗА НАУКИ? КАКОВА РОЛЬ

     МАТЕМАТИКИ В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ?....................3 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ПО ВРЕМЕНИ

    ЖИЗНИ (СТАБИЛЬНЫЕ, НЕСТАБИЛЬНЫЕ И КВАЗИСТАБИЛЬНЫЕ

     (РЕЗОНАНСЫ)) И ПО ЗАРЯДУ. ЧАСТИЦЫ И АНТИЧАСТИЦЫ.

     СТОЛКНОВЕНИЕ «ЧАСТИЦА-АНТИЧАСТИЦА». АННИГАЛЯЦИЯ

     ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОТОНОВ.

      РЕАЛЬНЫЕ И ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ………………………………7 

3. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ.

    СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В БИОЛОГИИ. ПЯТЬ ОСНОВНЫХ УРОВНЕЙ

     ОРГАНИЗАЦИИ (МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ, КЛЕТОЧНЫЙ,

      ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ, ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ И

      БИОСФЕРНЫЙ). КРИТЕРИЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ УРОВНЕЙ.

       КАКОВЫ ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАЖДОГО ИХ ЭТИХ

       УРОВНЕЙ?......................................................................................................17 

Литература……………………………………………………………………….19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОТЛИЧИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ОТ СПЕЦИАЛЬНЫХ  ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК.

ПОЧЕМУ  ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМИ ОТРАСЛЯМИ  ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ ФИЗИКА, ХИМИЯ, БИОЛОГИЯ И ГЕОЛОГИЯ? ЧТО  ЭТО ЗА НАУКИ?

КАКОВА  РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В  СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ? 

      Отличием  естествознания как науки от специальных  естественных наук является то, что  оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук,"выискавая" наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривает Природу как бы сверху. Естествознание, признавая специфику входящих в него наук (физики, химии, биологии, географии и др.) в то же время имеет своей целью исследование Природы как единого целого.

     Изучение  предметов по отдельности – физики, химии и биологии, – является лишь первой ступенью к познанию Природы во всей ее целост-ности, т.е. познанию ее законов с общей естественнонаучной позиции.

     Физика, химия, геология и биология относятся к числу фундаменталь-ных отраслей современного Естествознание и образуют стержень классифи-кации наук.

     В основу приведённого (раздвоенного) ряда наук положен принцип развития предмета (природы). Но тот же принцип можно  применить к различным по масштабу объектам природы - от космических систем (астро-номия) до отдельных планет (геология, включая вообще учение об отдельных планетах и спутниках) и до отдельных сторон (география) и компонентов (биология) данной планеты. Тогда составится другой ряд наук: астрономия - геология - география - биология.

     Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть приро-доведения). Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фунда-ментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. 

       Химия - одна из важнейших естественно-научных дисциплин, прежде всего наука о структуре молекул, а также о процессах взаимодействия молекул и поведении веществ при различных химических реакциях.

     В современной химии изучаются  не только простейшие молекулы, состоящие  из двух или нескольких атомов, что характерно для неоргани-ческих соединений, но и более сложные молекулярные образования из десятков, сотен и даже тысяч атомов, которые встречаются в органической химии и особенно в биохимии, т.е. химии биологических веществ. Проблемы сложных молекулярных образований требуют строгого применения всех достижений современной микрофизики. Именно поэтому в наше время воз-никла и получила большое развитие новая промежуточная дисциплина, полу-чившая название химической физики. Она отлична от ранее существовавшей физической химии, которая возникла еще в XIX веке на основе достижений макрофизики, в основном механики и термодинамики.  

     Биоло́гия (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; др.-греч. λόγος — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окру-жающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, струк-туру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

       Геология - это целый комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и всей Земли с ее различными сферами, вплоть до ионосферы. Современная геология включает в себя: стратиграфию (учение о формировании горных пород), тектонику (учение о развитии структуры зем-ной коры и ее изменений под влиянием тектонических движений и дефор-маций, связанных с развитием Земли в целом), региональную геологию, ми-нералогию (учение о составе, свойствах и условиях образования минералов, нахождении и изменении их в природе), петрографию (наука о горных породах), литологию (науку об осадочных породах), учение о полезных ископаемых и т.д.

       Геология связана с физикой  в основном через промежуточную  науку - геофизику, с химией - через  геохимию, а также со многими  другими науками. Особые отношения геология имеет с техникой, например, со строительной.

     Выдающийся  итальянский физик и астроном, один из создателей точного естествознания Галилео Галилей (1564-1642) сказал: «Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразре-шенную задачу. Следует измерить то, что таковым не является».

     Необходимая для такого естествознания математика начинается с прос-тейших измерений. По мере своего развития точное естествознание исполь-зует все более совершенный арсенал так называемой высшей математики.

     Математика, как логический вывод и средство познания Природы – творение древних  греков, которым они начали всерьез  заниматься за шесть веков до нашей  эры. Начиная с 6 века до н.э. у греков сложилось понимание того, что Природа устроена рационально, а все явления протекают по точному плану – «математическому». Платон (428/427 – 348/347 до н.э.) – один из основоположников натуральной философии (философии Природы) начертал в качестве девиза своей философской школы слова: «Негеометр – да не войдет».

     Галилео Галилей в одном из своих произведений, взвешивая все ничтожные философские  аргументы одного из своих оппонентов, противо-поставлял их истинную философию как открытую книгу Природы, доступ-ную лишь тому, кто знает язык математики.

     Немецкий  философ Иммануил Кант (1724-1804) утверждал  в своих «Метафизических началах  естествознания», что: «В любом частном  учении о природе можно найти  науки в собственном смысле (т.е. чистой, фундамен-тальной) лишь столько, сколько имеется в ней математики. Стоит привести и высказывание Карла Маркса (1818-1883) о том, что: «Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается пользоваться математикой».

     Из  всех высказываний великих людей, что  математика – это «цемент», который  связывает воедино науки, входящие в естествознание и позволяет взглянуть на него как на целостную науку. Не зря ее называют «царицей всех наук». Без логического аппарата математики не обойдется ни одна наука. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ПО ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ (СТАБИЛЬНЫЕ, НЕСТАБИЛЬНЫЕ И КВАЗИСТАБИЛЬНЫЕ (РЕЗОНАНСЫ)) И ПО ЗАРЯДУ.

ЧАСТИЦЫ И АНТИЧАСТИЦЫ.

СТОЛКНОВЕНИЕ  «ЧАСТИЦА-АНТИЧАСТИЦА». АННИГАЛЯЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОТОНОВ.

РЕАЛЬНЫЕ  И ВИРТУАЛЬНЫЕ  ЧАСТИЦЫ 

     В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы).

     Стабильными (в пределах точности совр. измерений) являются: элект-рон (время жизни более 5 -10²¹ лет), протон (более 10³¹ лет), фотон и нейтрино.

     К квазистабильным относятся частицы, распадающиеся вследствие электромагнитного  и слабого взаимод., их времена  жизни более 10^-20 с.

     Резонансы распадаются за счет сильного взаимод., их характерные времена жизни 10^-22-10^-24 с.

     Каждая  частица имеет своего двойника — античастицу. Античастицы обладают рядом характеристик, имеющих те же значения, что и частица — масса, спин, время жизни, и некоторые характеристики с противоположным знаком — электрический заряд, барионное и лептонные числа, s, c, b, t.  
 
 
 
 
 
 
 

     Связь характеристик частиц и античастиц 

 
 

     Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).

     Само  определение того, что называть «частицей» в паре частица-анти-частица, в значительной мере условно. Однако при данном выборе «части-цы» её античастица определяется однозначно. Сохранение барионного числа в процессах слабого взаимодействия позволяет по цепочке распадов барио-нов определить «частицу» в любой паре барион-антибарион. Выбор электро-на как «частицы» в паре электрон-позитрон фиксирует (вследствие сохране-ния лептонного числа в процессах слабого взаимодействия) определение состояния «частицы» в паре электронных нейтрино-антинейтрино.

       Переходы между лептонами различных  поколений (типа  ) не наблюдались, так что определение «частицы» в каждом поколении лептонов, вообще говоря, может быть произведено независимо. Обычно по аналогии с электроном «частицами» называют отрицательно заряженные лептоны, что при сохранении лептонного числа определяет соответствующие нейтрино и антинейтрино. Для бозонов понятие «частица» может фиксироваться опреде-лением, например, гиперзаряда.

     У электрона и протона имеются  стабильные античастицы, которые отличаются от них  только электрическим зарядом.

     Античастица электрона, позитрон, появляется в многочисленных ядер-ных реакциях позитронного бета-распада (В-распада).

       Античастицу протона получить достаточно сложно, один из возмож-ных способов – столкновение двух протонов больших энергий (> 2 ГэВ), при котором может возникнуть пара новых частиц – протон и антипротон. Причем вероятность возникновения такой пары достаточно низкая - один антипротон приходится на 60000 пионов (нестабильных частиц небольшой массы (140 МэВ), которые являются основным результатом столкновения протонов)