структуры в ней представлены очень широко. Если они жидкие, то их называют
жидкими кристаллами. Это и желчь, и кровь, и хрусталик глаза, и серое
вещество мозга.
15. Симметрия подобия как глобальная генетическая программа.
Пространственно-временные и внутренние принципы симметрии. Иерархия принципов
симметрии в законах сохранения физических величин.
Симметрия подобия. Представляет собой своеобразные аналогии
трансляций, отражений в плоскостях, повороты вокруг осей, связанные с
одновремен6ным увеличением или уменьшением подобных частей фигуры и расстояний
между ними.
Симметрия подобия повсеместно проявляется в природе, во всем, что растет.
Природа обнаруживает подобие как свою глобальную генетическую программу.
Подобие правит живой природой в целом. Геометрическое подобие – общий принцип
пространственной организации живых структур. Лист клена подобен листу клена,
березы – березе. Клетка, принадлежащая целостному организму, выполняет
функцию его воспроизведения в новый. Она является точкой «начала», которая в
итоге деления окажется преобразована в объект, подобный первоначальному. Этим
объединяются все виды живых структур, по этой причине и существуют стереотипы
жизни.
Пространственно-временные и внутренние принципы симметрии.
Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или
внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц.
Пространственно-временные принципы симметрии:
- сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки
пространства равноправны. Это означает однородность пространства.
- Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические
законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем
направлениям, пространство изотропно.
- Сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е. все моменты времени
объективно равноправны. Время однородно. Любой момент времени можно взять за
начало отсчета.
- Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
- Зеркальная симметрия природы не меняет физических
законов.
- Фундаментальные физические законы не меняются при
обращении знака времени.
- Замена всех частиц на античастицы не влияет на
физические законы, не меняет характера процессов природы.
В современной физике обнаружена определенная иерархия законов симметрии: одни
выполняются при любых взаимодействиях, другие же – только при сильных и
электромагнитных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних
симметриях.
Внутренние принципы симметрии действуют в микромире. В релятивистской
квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:
- при всех превращениях элементарных частиц сумма
элементарных зарядов частиц остается неизменной
- барионный или ядерный заряд остается постоянным.
- заряд лептона сохраняется.
16. Золотое сечение – закон проявления гармонии природы
«Золотое сечение» – это закон пропорциональной связи целого и составляющих
его частей. Правило золотого сечения показывает, что большее относится к
меньшему, как целое – к большему. Пифагор первым обратил внимание на это
гармоническое деление любого отрезка, а Леонардо да Винчи ввёл сам термин
«золотого сечения». Классический пример золотого сечения – это деление
отрезка в среднепропорциональном отношении: a/b=(a+b)/a. У человека золотое
сечение – это отношение его роста к расстоянию от пупка до подошвы ног: при
рождении оно равно 2, а к 21 году у мужчин – 1,625, у женщин – 1,6. Феномен
золотого сечения – одно из ярких проявлений гармонии природы. Он
рассматривается в общей картине исторического становления архитектуры,
обнаруживается в формах живой природы, в области музыкальной гармонии, в
искусстве, в технике, в астрономии и т.д.
17. Принципы суперпозиции, неопределённости, дополнительности
Принципы суперпозиции, неопределённости и дополнительности являются одними из
основополагающих принципов теоретической физики.
Принцип суперпозиции – это допущение, согласно которому результирующий эффект
сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых
каждым эффектом в отдельности, при условии, что эффекты не влияют взаимно
друг на друга. Принцип суперпозиции позволяет получать результатирующий
эффект от наложения (суперпозиции) нескольких независимых воздействий как
сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. В квантовой
механике принцип суперпозиции относится к волновым функциям: если физическая
система может находиться в состояниях, описываемых двумя или несколькими
волновыми функциями, то она также может находиться в состоянии, описываемом
любой линейной комбинацией этих функций.
Принцип неопределённости впервые сформулировал немецкий физик Вернер Гейзенберг.
Этот принцип представляет собой фундаментальное положение квантовой теории,
состоящее в том, что характеризующие физическую систему так называемые
дополнительные физические величины (например, координата и импульс) не могут
одновременно принимать точные значения. Иначе говоря, чем точнее одна из
сопряжённых величин, тем менее точной оказывается другая. Принцип
неопределённости выражается формулой: ΔхΔр = h, где, h – постоянная
Планка (h = 6,626*10-34 Дж с), х – координата, р – импульс. Таким
образом, квантовая теория отличается от классической тем, что её предсказания
имеют лишь вероятностный характер и потому она не обеспечивает точных
предсказаний.
По современным воззрениям квантовый объект – это не частица и не волна, и
даже ни то и другое одновременно. Квантовый объект – это нечто третье, для
выражения которого у нас нет соответствующих понятий, соответствующего языка.
Мы вынуждены говорить на классическом языке. Но для возможно более полного
представления о микрообъекте мы должны использовать два типа микроприборов:
один – позволяющий изучать волновые свойства микрообъекта, другой – его
корпускулярные свойства. Эти свойства являются несовместимыми в отношении их
одновременного проявления, но они оба в равной мере характеризуют
микрообъект, а потому не противоречат, а дополняют друг друга. Эта идея была
высказана Х.Д. Бором и положена им в основу принципа дополнительности.
Принцип дополнительности как общий принцип познания может быть сформулирован
следующим образом: всякое истинно глубокое явление природы не может быть
определено однозначно и требует для своего определения, по крайней мере, двух
взаимоисключающих, дополнительных понятий. Например, иллюстрацией принципа
дополнительности в какой-то мере может служить совместное существование науки
искусства как двух различных способов изучения окружающего мира.
18. Проблемы детерминизма и причинности. Динамические и статистические
закономерности в природе. Законы сохранения энергии в макроскопических
системах. Закон возрастания энтропии. Принцип минимума диссипации энергии.
Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является
вопрос о природе причинности и причинных отношениях в мире. В решении этой
проблемы возникли два направления – детерминизм и индетерминизм – занимающие
противоположные позиции. Сущностью детерминизма является идея о том, что всё
существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате
действия определённых причин. Напротив, индетерминизм – учение, отрицающее
объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и
человеческой психики.
В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования
объективных физических закономерностей, которые подразделяются на
динамические и статистические. Динамическими называются закономерности,
выражающие однозначные связи физических объектов и описывающие их абсолютно
точно посредством определённых физических величин. Например, по заданным
значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент
времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и
импульсы в любой последующий момент времени.
В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических
закономерностях, не являются достоверными и однозначными. Представления о
таких закономерностях впервые ввёл Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что
при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить
задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл
ввёл в физику понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться,
например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса
молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого значения. Тем
самым однозначно определяется среднее значение физической величины. Такие
средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами
физические величины в динамических теориях.
Законы сохранения энергии в макроскопических системах.
Хорошо известно, что тепло, возникшее в результате трения или выполнения
другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом
использовать для производства работы. С другой стороны, путём точных
экспериментов было доказано, что тепловая энергия превращается в механическую
энергию в строго определённых количествах. Существование такого
механического эквивалента для теплоты свидетельствовало о её сохранении. Эти
и многие другие факты нашли своё обобщение в законах классической
термодинамики:
- если к системе подводится количество теплоты Q и над системой производится
работа W, то энергия системы возрастает до величины U: U = Q + W. U –
внутренняя энергия системы, которая показывает, что тепло, полученное
системой, не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии и
производство работы.
- невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы
превращение тепла в работу при постоянной температуре.
Закон возрастания энтропии.
Второй закон термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса
звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более
горячему». С учётом введённого в термодинамику понятия энтропии как меры
беспорядка системы Клаузиус снова сформулировал второй закон: энтропия
замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружающей средой
ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает. А это означает, что такие
системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и
дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в
которой всякое производство работы становится невозможным.
Принцип минимума диссипации энергии.
Открытая система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако,
не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо
неё из среды поступает свежая энергия и именно вследствие такого
непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться
неизменной и ли даже уменьшаться. Таким образом, открытая система не может
быть равновесной, и её функционирование требует непрерывного поступления
энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе
усиливается. При этом прежняя структура системы разрушается, а между её
элементами возникают новые согласованные отношения. Так схематически могут
быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с
диссипацией, или рассеянием, энтропии в окружающую среду.
19. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Дарвиновская
триада.
В 1859 г. Ч. Дарвином было создано эволюционное учение, опровергшее
существовавшее толкование природы как творение бога. Дарвин выдвинул положение,
согласно которому все существующие многочисленные формы растений и животных
произошли от более простых организмов путём постепенных изменений,
накапливавшихся из поколения в поколение, т.е. эволюционно. Эволюция
в переводе с латинского означает развертывание; это непрерывный и необратимый
процесс исторического развития природы.
Согласно учению Дарвина, движущими силами эволюции являются изменчивость,
наследственность и естественный отбор, составляющие так называемую
дарвиновскую триаду.
Под изменчивостью понимается разнообразие признаков и свойств у особей и
групп особей любой степени родства. Дарвин делил изменчивость на две категории
(наследственную и ненаследственную) и выделял несколько её основных форм: это
групповая изменчивость и неопределённая индивидуальная изменчивость.
Наследственность – это свойство организмов передавать следующему
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
|