11. Современная естественнонаучная картина мира (химия).
Химия - это естественная наука, изучающая химические превращения материи и исследующая условия, при которых эти превращения происходят. Химия занимается так же физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи. Эти изменения или превращения материи происходят в результате химических взаимодействий.
Выделяют по меньшей мере три качественно различных уровней частиц: атомный уровень; надмолекулярный уровень; молекулярный уровень. Надмолекулярный уровень имеет подуровни: коллоидные образования (мицеллы), молекулярные комплексы и макромолекулы полимеров.
В современной химии постепенно оформились самостоятельные области химической науки: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, коллоидная химия и другие ответвления науки.
Существуют физические и химические изменения вещества.
Физическим изменением называют такое, при котором внутреннее строение, состав и свойства вещества не подвергаются изменению. Химическими изменениями называют такие, когда в результате химической реакции (взаимодействие не менее двух веществ) происходит изменение не только физических свойств реагирующих веществ, но меняется их химический состав и структура.
Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы: 1. закон сохранения массы вещества, 2. закон сохранения энергии. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: "Сумма масс исходных веществ равна сумме масс продуктов химической реакции". Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.
Специфическим видом энергии является химическая энергия, которая освобождается или расходуется при каждой химической реакции. Химическую энергию, как любой вид энергии, можно превратить: в механическую (использование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топлива), электрическую (гальванические элементы), энергию синтеза радиоактивных изотопов.
Различают химические реакции с выделением тепла (экзотермические) и с поглощением тепла (эндотермические).
Атомы элементов не меняются в результате химического процесса за исключением ядерных реакций. Молекулы при любой химической реакции изменяются.
Число протонов в атоме равно его атомному номеру, а общая масса входящих в его состав субатомных частиц определяет его атомную массу.
Простейший из атомов - водород - состоит из 1 протона и 1 электрона.
Таким образом, под элементом понимают совокупность атомов, имеющих одинаковое число протонов в ядрах.
Явления превращения веществ, при которых не происходит изменения состава ядер атомов, называются химическими реакциями. Сами реакции, их направление, протекание, скорость изучаются химической термодинамикой, электрохимией, химической кинетикой.
В химические реакции вступают вещества, обладающие достаточной энергией активации. Для активации химических частиц - увеличивают температуру, благодаря чему увеличивается скорость реакции. По признаку выделения или поглощения теплоты реакции разделяют на экзотермические и эндотермические.
По признаку изменения числа исходных и конечных веществ реакции подразделяют на следующие типы: соединения, разложения, замещения и обмена.
По признаку обратимости реакции делят на обратимые и необратимые. По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, различают реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, и окислительно-восстановительные реакции.
Направление и скорость реакции также зависит от множества факторов, в том числе от таких, как температура, давление, использование катализаторов и ингибиторов.
С развитием химии связаны проблемы загрязнения окружающей среды (атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы в целом).
Пути решения проблем развития химии: комплексное использование сырья и энергии; совершенствование химических технологий с учетом требований экологической безопасности; применение малоотходных и безотходных технологий; совершенствование систем и средств очистки и так далее.
Современную химию отличает тесная взаимосвязь с другими науками, особенно с физикой, биологией и многими техническими дисциплинами. В результате выделяются на стыке наук новые дисциплины, например: электрохимия, физическая химия, химическая термодинамика, коллоидная химия и биохимия.
Проблемы биохимии можно свести к двум основным: во-первых, каким образом клетки живого организма вырабатывают энергию, необходимую для поддержания его жизнедеятельности; и во-вторых, каким образом действуют вещества, получившие название ферментов, которые служат катализаторами во многих химических реакциях.
К новым специальным областям химии относятся радиационная химия (наука о воздействии радиоактивного излучения на химические реакции), плазмохимия (химия сверхвысоких температур), лазерная химия (теснейшим образом связанная с физикой, использующая ее методы).
Химия сегодня - это высокоразвитая наука, которая включает в себя сотни научных направлений и тысячи научных школ. Ей известны миллионы органических и неорганических соединений и множество современных научных методов для их изучения.
12. Современная естественнонаучная картина мира (биология).
Существующее разделение на живую и неживую природу как бы заранее отрицало даже саму возможность переноса «живого» в разряд фундаментальных основ мироздания. Представить в фундаменте всего сущего нечто живое означало признание бога. Это никак не вписывалось в понятие научной картины мира, которая с самого начала противопоставлялась божественному происхождению мира. Компромиссы, правда, встречались с обеих сторон: как в виде глубоко верующих учёных, что не всегда воспринималось в качестве личного убеждения, независимого от научных взглядов, так и в виде использования теологами современных фактов естествознания, например, рассмотрения явления «первовзрыва Вселенной» как подтверждения одноактового создания мира творцом.
Выход на всеобщий фундаментальный уровень таких близких биологии понятий, как информация в живых системах (за счёт обнаруженной информационной взаимосвязи информационно-фазовых состояний водной среды и среды физического вакуума), а также такого её свойства, как комплементарность, без которой оказалось невозможным говорить о способах передачи информации (т.е., о молекулярной и полевой информационной ретрансляции), впервые позволило увериться в необходимости присутствия этих биологических категорий при построении целостной картины мира. Анализ информационно-фазового состояния материальных систем показывает, что без информационного начала единой картины мира представить уже невозможно.
Следовательно, вхождение живого и разумного в разряд первооснов мироздания определяет роль биологической картины мира в построении общей научной картины мира.
13. Развитие представлений о пространстве и времени.
Понятия пространства и времени неразрывно связаны с материальным миром. Любые частицы обязательно присутствуют в пространстве и времени. И. Ньютон представлял пространство и время как систему отсчета, благодаря которым становится возможным изучение и измерение различных процессов.
Специальная теория относительности А. Эйнштейна показала конкретные формы взаимосвязи пространства и времени, установила их зависимость от распределения и движения материальных объектов.
Эта теория доказала, что в различных материальных системах отсчета пространственные и временные характеристики различны. А также, что пространство и время объединены математическими законами, и рассматривать их отдельно невозможно. Окружающий мир имеет три измерения. С точки зрения И. Ньютона, время — это независимо существующий, непрекращающийся, ровно текущий поток. Но теория относительности говорит о том, что нельзя рассматривать время как нечто отдельно взятое и неизменное. Немецкий математик Г. Минковский в 1907 г. высказал предположение, что три пространственные и одна временная размерности тесно связаны между собой. Все события во Вселенной должны происходить в четырехмерном пространстве—времени. С того времени законы природы записываются в четырехмерном виде. Пространство и время нельзя рассматривать как независимые физические сущности.
Существуют научные доказательства свойства искривления пространства и времени. Пример: время для человека (или какой-либо системы), который летит в самолете, идет медленнее (а расстояние уменьшается), чем для человека, который идет пешком. Это говорит о том, что чем больше скорость системы, тем короче расстояние (размеры пространства) и медленнее время (короче промежуток времени), таким образом масштаб пространства и времени зависит от состава систем, их массы, наличия полей и тяготения.
Таким образом, понятие абсолютного прямолинейного и равномерного движения как движения относительно некоторого абсолютного пространства лишено всякого научного содержания. В результате и понятие абсолютной системы отсчета лишается содержания. Поэтому было принято более общее научное понятие инерциальной системы отсчета, которое не связано с понятием абсолютного пространства, т.е. нет абсолютной системы координат, а пространство представляется постоянно меняющимся в кривизне и зависит от размещения в нем материальных частиц и систем различной массы, передвигающихся с разными скоростями. К этому выводу А. Эйнштейн пришел в 1905 г., и это привело к созданию специальной теории относительности. Эта теория произвела переворот в научном понимании пространства, времени и Вселенной.