Ответы на вопросы: Ответы к зачету введение в специальность естествознание

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода. Далънейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул; возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.

Биотическая эволюция.

Возникновение жизни (около 3,5 млрд. лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот, и формируются функции живого вещества.

5. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: увеличение количества кислорода. Ускоряется биогенная миграция элементов.

6. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биогеохимического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая ступень замкнутости биогеохимического круговорота.

7.Увеличение биотического разнообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете.

8. Появление человека - лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших потоков вещества и энергии нарушают замкнутость биогеохимических круговоротов, вызывают антропогенные экологические кризисы и становятся негативным фактором эволюции биосферы.

Хозяйственная деятельность человека вызвала появление на Земле качественно новой среды обитания - техносферы. Техносфера - часть биосферы, преобразованной людьми с помощью прямого или косвенного действия технических средств и занятая продуктами его деятельности. Некоторые ученые считают техносферу синонимом ноосферы, другие - признают техносферу как переходное состояние от биосферы к ноосфере.

В переводе с греческого "ноосфера" - это сфера разума, С научной точки зрения, ноосфера - это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты. Развивая концепцию ноосферы, В.И, Вернадский определил ее как этап эволюции биосферы, который характеризуется ведущей ролью разумной и сознательной деятельности человеческого общества в развитии биосферы. Разумная деятельность человека должна стать главным фактором развития биосферы.

Ноосфера, но В.И. Вернадскому, - это биосфера, разумно управляемая человеком. "...Все человечество, вместе взятое, представляет ничтожную массу вещества планеты, Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, разумом и направленным этим разумом его трудом". Человек должен понять, "что он не есть случайное, независимое от окружающего свободно действующее природное явление. Он составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, 2-х миллионов лет.

Согласно закону ноосферы B.И. Вернадского: биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек-природа.

Перечень критических технологий Российской Федерации на период до 2010 года

1. Высокопроизводительные вычислительные системы.

2. Компьютерное моделирование.

3. Искусственный интеллект.

4. Информационно-телекоммуникационные системы.

5. Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров.

6. Распознавание образов и анализ изображений.

7. Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь.

8. Металлы и славы со специальными свойствами.

9. Синтетические сверхтвердые материалы.

10. Каталитические системы и технологии.

11. Материалы для микро- и наноэлектроники.

12. Мембранные технологии.

13. Обезвреживание техногенных сред.

14. Керамические и стекломатериалы.

15. Полимеры и композиты.

16. Технологии биоинженерии.

17. Генодиагностика и генотерапия.

18. Технологии иммунокоррекции.

19. Безопасность и контроль качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов.

20. Системы жизнеобеспечения и защиты человека.

21. Синтез лекарственных средств и пищевых добавок.

22. Биологические средства защиты растений и животных.

23. Производство и переработка сельскохозяйственного сырья.

24. Экологически чистый и высокоскоростной наземный транспорт.

25. Транспортные и остроительные технологии освоения пространств и ресурсов мирового океана.

26. Авиационная техника с использованием новых технических решений.

27. Безопасность движения, управления транспортом, интермодальные перевозки и логистические системы.

28. Технологии высокоточной навигации и управления движением.

29. Энергосберегающие технологии.

30. Поиск, добыча, переработка и трубопроводный транспорт нефти и газа.

31. Безопасность атомной энергетики.

32. Добыча и переработка угля.

33. Производство электроэнергии и тепла на органическом топливе.

34. Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф.

35. Мониторинг окружающей среды.

36. Прогнозирование биологических и минеральных ресурсов.

37. Природоохранительные технологии, переработка и утилизация техногенных образований и отходов.

38. Переработка и воспроизводство лесных ресурсов.

39. Сохранение и восстановление нарушенных земель, ланшафтов и биоразнообразия.

40. Быстрое возведение и трансформация жилья.

41. Механотронные технологии.

42. Лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии.

43. Оценка, комплексное освоение месторождений и глубокая переработка стратегически важного сырья.

44. Технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств.

45. Прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки, контроля.

46. Технологии глубокой переработки отечественного сырья и материалов в легкой промышленности.

47. Технологии на основе сверхпроводимости.

ТЕМА 5.

Симметрия

Симме́три́я — (др.-греч. συμμετρία), в широком смысле — неизменность при каких-либо преобразованиях. Так, например, сферическая симметрия тела означает, что вид тела не изменится, если его вращать в пространстве на произвольные углы (сохраняя одну точку на месте). Двусторонняя симметрия означает, что правая и левая сторона относительно какой-либо плоскости выглядят одинаково.

Слово «симметрия» имеет двойственное толкование.

  В одном смысле симметричное означает нечто весьма пропорциональное, сбалансированное; симметрия показывает тот способ согласования многих частей, с помощью которого они объединяются в целое.   Второй смысл этого слова - равновесие. Еще Аристотель говорил о симметрии как о таком состоянии, которое характеризуется соотношением крайностей. Из этого высказывания следует, что Аристотель, пожалуй, был ближе всех к открытию одной из самых фундаментальных закономерностей Природы - закономерности о ее двойственности.

Зеркальная симметрия

Существует, кроме того, зеркальная симметрия — волчок, закрученный направо, ведет себя так же, как закрученный налево, единственная разница в том, что фигуры движения правого волчка будут зеркальным отражением фигур левого.

Существуют зеркально асимметричные молекулы, но, если они образуются в одинаковых условиях, число левых молекул равно числу правых.

Зеркальная симметрия явлений природы неточная, как и большинство других симметрий. В слабых взаимодействиях, ответственных за радиоактивный распад , она нарушается. Даже в явлениях, не связанных с радиоактивными превращениями, влияние слабых взаимодействий приводит к ее небольшому нарушению. Так, в атомах относительная неточность зеркальной симметрии — порядка 10 ^-15 . Однако влияние этого ничтожного нарушения на переходы между очень близкими уровнями не так мало (порядка 10 ^-3 - 10 ^-8 ” . В 1978 г. Л. М. Баркову и М., С. Золотареву из Новосибирского научного городка удалось обнаружить это явление

Симметрия пространственных фигур

В пространстве, также как и на плоскости, определяются преобразования симметрии относительно точки и относительно прямой.

Пространственная фигура, в данном случае тетраэдр, симметричен тетраэдру относительно точки.

Фигура, симметрична фигуре относительно прямой.

Кроме симметрии относительно точки и относительно прямой в пространстве, рассматривают симметрию относительно плоскости.

Две точки А и В называются симметричными относительно плоскости, если плоскость перпендикулярна отрезку АВ, пересекает его в середине.

Две пространственные фигуры, в данном случае призмы, называются симметричными, если преобразование симметрии относительно этой плоскости, переводит одну фигуру в другую
Существуют фигуры, называемые симметричными относительно точки, прямой и плоскости.

Параллелепипед симметричен относительно точки пересечения своих диагоналей.

При этом точка О называется центром этой фигуры.

Пирамида ТАВСД симметрична относительно прямой ТО, являющейся её высотой.

Прямая ТО-ось симметрии данной фигуры.

Фигура называется симметричной относительно плоскости, если преобразование симметрии переводит фигуру в себя.

При этом плоскость называется плоскостью симметрии этой фигуры.

Слева фигура симметричная относительно горизонтальной плоскости.

Справа – пространственная фигура симметричная относительно плоскости, проходящей вертикально.

Без учёта единства пространства и движения материи говорить о каких-либо свойствах симметрии пространства просто бессмысленно. В абсолютно пустом пространстве нет ни однородности, ни разнородности. В нём вообще ничего нет и о нём ничего сказать нельзя. Ни одну геометрическую симметрию нельзя определить без привлечения прямого или опосредованного, динамических параметров. Даже определение такой простой геометрической симметрии, как симметрия двух точек по отношению к какой-то прямой, включает в себя возможность их совмещения, т.е. определённого движения. Без движения и вне движения не существует ни одной геометрической симметрии.

Законы сохранения

Законы сохранения - фундаментальные физические законы, согласно которым при определенных условиях некоторые физические величины не изменяются с течением времени.

Законы сохранения занимают среди всех законов природы особое место. Общность и универсальность законов сохранения определяют их большое научное, методологическое и философское значение. Они являются основой важнейших расчетов физике и ее технических приложениях, позволяют в ряде случаев предсказывать эффекты и явления при исследовании разнообразных физико-химических систем и процессов.

Законы сохранения служат основанием любой общей физической теории. Непротиворечивость теории этим законам служит убедительный

В законах сохранения находят свое отображение важнейший диалектико-материалистический принцип неуничтожимости материи и движения, взаимосвязь между различными формами движущейся материи и специфика превращения одной формы движения в другую.

Значение законов сохранения выявляется на фоне развития общей идеи сохранения. Открытие и обобщение законов сохранения происходило вместе с развитием всей физики, от первых теорий античных философов через классическую механику и электродинамику до теории относительности, квантовой механики и физики элементарных частиц.

Глобальные законы сохранения связаны с существованием таких преобразований, которые оставляют неизменными любую систему. К ним относятся:

- Закон сохранения энергии, являющийся следствием симметрии относительно сдвига во времени (однородности времени).

- Закон сохранения импульса, являющийся следствием симметрии относительно параллельного переноса в пространстве (однородности пространства).

- Закон сохранения момента импульса, являющийся следствием симметрии относительно поворотов в пространстве (изотропности пространства).

- Закон сохранения заряда, являющийся следствием симметрии относительно замены описывающих систему комплексных параметров на их комплексно сопряженные значения.

- Закон сохранения четности, являющийся следствием симметрии относительно операции инверсии («отражения в зеркале», меняющего «право» на «лево»).

- Закон сохранения энтропии, являющийся следствием симметрии относительно обращения времени.

Симметрия в физике

В теоретической физике, поведение физической системы описывается некоторыми уравнениями. Если эти уравнения обладают какими-либо симметриями, то часто удаётся упростить их решение путём нахождения сохраняющихся величин (интегралов движения). Так, уже в классической механике формулируется теорема Нётер, которая каждому типу непрерывной симметрии сопоставляет сохраняющуюся величину. Из неё, например, следует, что инвариантность уравнений движения тела с течением времени приводит к закону сохранения энергии; инвариантность относительно сдвигов в пространстве — к закону сохранения импульса; инвариантность относительно вращений — к закону сохранения момента импульса. возьмём агрегатные состояния вещества - твёрдые, жидкие, газообразные. Для определённости в качестве твёрдого вещества рассмотрим идеальный бесконечный кристалл. В нём существует определённая, так называемая дискретная симметрия относительно переноса. Это означает, что, если сдвинуть кристаллическую решётку на расстояние, равное интервалу между двумя атомами, в ней ничего не изменится - кристалл совпадет сам с собой. Если же кристалл расплавить, то симметрия получившейся из него жидкости будет иной: она возрастёт. В кристалле равноценными были только точки, удалённые друг от друга на определённые расстояния, так называемые узлы кристаллической решётки, в которых находились одинаковые атомы. Жидкость же однородна по всему объёму, все её точки неотличимы одна от другой. Это означает, что жидкости можно смещаться на любые произвольное расстояния (а не только на какие-то дискретные, как в кристалле) или поворачиваться на любые произвольные углы (чего в кристаллах делать нельзя вообще) и она будет совпадать сама с собой. Степень её симметрии выше.

Симметрия в биологии — закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии. Исключительно важную роль в мире живой природы играют молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Это двуцепочечный высокомолекулярный полимер, мономером которого являются нуклеотиды. Молекулы ДНК имеют структуру двойной спирали, построенной по принципу комплементарности. Характерная для растений симметрия конуса хорошо видна на примере любого дерева.

  Дерево поглощает из почвы влагу и питательные вещества за счёт корневой системы, то есть внизу, а остальные жизненно важные функции выполняются кроной, то есть наверху. Поэтому направления "вверх" и "вниз" для дерева, существенно различны. А направления в плоскости, перпендикулярной к вертикали, для дерева фактически неразличимы: по всем этим направлениям к дереву в равной мере поступают воздух, свет, и влага. В результате появляется вертикальная поворотная ось и вертикальная плоскость симметрии