14. Развитие взглядов на строение солнечной системы от Птолемея до Кеплера. Планета Земля

15. Мега мир. Космологические модели Вселенной. Стандартные модели эволюции Вселенной. Реликтовое излучение

Если атомистические взгляды на развитие систем сводят все к свойствам мельчайших частиц материи из которых состоит систем, то системные и эволюционные взгляды обращают большее внимание на характер взаимодействий элементов. Существуют различные гипотезы эволюции Вселенной. Вселенную как единое целое изучает наука космология.

Космологическая модель Вселенной базируется на общей теории относительности (уделяя внимание кривизне четырехмерного пространства—времени), на важнейших открытиях внегалактической астрономии (таких как явление «разбегания» галактик), на теоретических доказательствах того, что Вселенная, заполнена тяготеющим веществом, не может быть стационарной и периодически сжимается и расширяется.

Существуют различные модели Вселенной, но общим для них является представление о нестационарном изотропном и однородном характере ее модели. Нестационарность означает, что Вселенная либо расширяется, либо сжимается, но не может находиться в стационарном положении. «Разбегание» галактик по-видимому свидетельствует о расширении, хотя существуют модели где это свидетельствует о «пульсации» Вселенной. Изотропность указывает на независимость ее свойств от направлений. Однородность характеризует распределение вещества во Вселенной.

Существуют открытая модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю, и замкнутая модель с положительной кривизной. В открытой модели Вселенная непрерывно увеличивается, что соответствует бесконечной Вселенной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, т.к. двигаясь по ней нельзя достичь какой-либо границы.

Стандартная модель эволюции Вселенной предполагает, что начальная температура превышала 1013 градусов по Кельвину (0о по К=-273оС) гигантская плотность материи достигала 1093 г/см2. В этих условиях был неизбежен взрыв, поэтому эту теорию называют теорией «большого взрыва». Предположительно это произошло 15-20млрд лет назад и сопровождалось сначала быстрым, потом умеренным расширением и постепенным охлаждением Вселенной. Когда температура упала до 6млрд градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, между частицами происходили столкновения, в результате чего происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и понижения температуры. На этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы — протоны и нейтроны. Но самое гласное было нарушение симметрии — произошел перевес вещества над излучением (один протон на миллиард фотонов). Это послужило основой для дальнейшей эволюции и возникновения разнообразных материальных образований, начиная от атомов, молекул, кристаллов, и кончая планетами, звездами и галактиками.

В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей» Вселенной.

16. Химические элементы. Состав вещества и химические системы

Для определения свойств вещества необходимо установить состав вещества, т.е. из каких элементов оно состоит. Свойства простых веществ и химических соединений зависят от их носителей, которые называют элементами. В современном представлении химические элементы представляют собой разновидности изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающимися по массе. Здесь мы видим аналогию с концепцией атомизма. Т.е. свойства вещества зависят от его мельчайших составных частей — атомов. Но это первый концептуальный уровень исследования химических свойств веществ. Второй уровень связан с изучением структуры вещества, т.е. взаимодействия элементов. (Например, химический элемент углерод может существовать как алмаз и как графит.) Третий уровень исследований химических веществ — исследование внутренних условий протекания химических процессов (температура, давление, скорость реакции и т.д.).

Великая заслуга Менделеева состоит в том, что открыв периодический закон, он заложил фундамент для научных химических знаний. Он показал, что химические св-ва находятся в периодической зависимости от атомного веса. Дальнейшее развитие науки позволило уточнить эту зависимость от атомного номера, определяемого зарядом ядра. Наука позволила определить различие между химической смесью и химическим соединением, которое должно обладать постоянным составом, в отличие от смеси. Наименьшей частицей, обладающей свойствами какого-либо вещества являются молекулы. Например молекула простого вещества кислорода О2 образована из двух атомов и имеет все свойства кислорода как химического вещества (атомы кислорода имеют несколько другие св-ва). Каким бы путем любое вещество не было получено, оно имеет постоянные св-ва. Долгое время закон постоянства химического состава казался истиной, но потом были открыты химические соединения переменного состава в форме растворов и сплавов. Это и соединения полученные в разных условиях. Это связано с характером связей атомов в молекулах. К молекулам можно отнести различные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и др. макромолекулы) Таким образом химическое соединение — это не только сложное вещество, состоящее из нескольких элементов, но оно может состоять и из одного элемента.

Рассматривая химические системы необходимо знать, что ее свойства зависят не только от состава и строения элементов, но и от их взаимодействия. Поэтому при изучении химических систем ученым приходиться изучать и их структуру. Например, в такой химической системе, как молекула, именно характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет св-ва молекулы.

С другой стороны часто свойства химической системы зависят от условий получения. Условия могут оказать влияние на характер и результат химических реакций. Это и термодинамические факторы (температура, давление) и использование катализаторов.

17. Особенности биологического уровня организации материи. Молекулярно-генетическое строение биологических структур

Особенностью организации живой материи является ее многоуровневая структура, в которой первый уровень — организменный уровень, занимают живые организмы, одноклеточные и многоклеточные. Этот уровень называется организменным, т.к. рассматриваются отдельные организмы, без учета их связей и взаимодействий с другими. Минимальной живой системой на этом уровне является клетка.

Остальные уровни организации живого являются надорганизменными, т.е. они включают не только организмы, но и связи и взаимодействия между собой и окружающей средой: