Вселенная — обычно определяется как совокупность всего, что существует физически. Это совокупность пространства и времени, всех форм материи, физических законов и констант, которые управляют ими. Однако термин Вселенная может трактоваться и иначе, как космос, мир или природа.
Астрономические наблюдения Вселенной позволили с относительной точностью установить «возраст» Вселенной, который по последним данным составляет 13,73 ± 0,12 миллиардов лет. Однако, среди некоторых учёных существует точка зрения, что Вселенная никогда не возникала, а существовала вечно и будет существовать вечно, изменяясь лишь в своих формах и проявлениях. Представления о форме и размерах Вселенной в современной науке также являются остродискуссионными, предположительно протяжённость Вселенной составляет не менее 93 миллиардов световых лет, при наблюдаемой части всего в 13,3 млрд. св.л
Самыми крупным известными образованиями во Вселенной являются Великая стена Слоан и Великая Стена CfA2.
Теория Большого взрыва. Событие, предположительно положившее начало Вселенной, называется Большой взрыв. По его математической модели, на момент этого события вся материя и энергия в ныне наблюдаемой Вселенной были сконцентрированы в одной точке с бесконечной плотностью. После Большого взрыва Вселенная начала стремительно расширяться, принимая современную форму. Так как Специальная теория относительности предполагает, что материя не способна преодолеть скорость света, кажется парадоксальным, что через 13.7 миллиардов лет в фиксированном пространстве-времени две галактики может разделять 93 миллиарда световых лет. Это естественное следствие Общей теории относительности. Космос может расширяться неограниченно, поэтому, если пространство между двумя галактиками «расширяется», то они могут отдаляться друг от друга на скоростях и более скорости света. Экспериментальные измерения красного смещения, пространственного положения отдалённых галактик, Реликтового излучения и распространённости по Вселенной лёгких элементов свидетельствуют в пользу теории расширяющейся Вселенной, и более широко — теории Большого взрыва, которая предполагает, что космос появился ex nihilo (из ничего) в определённый момент в прошлом. Хотя, согласно альтернативным теориям, космос существовал всегда и всегда будет существовать, изменяясь лишь в своей форме и проявлениях. Недавние наблюдения показывают, что расширение Вселенной ускоряется, и что количество материи и энергии существенно отличается от того, что предполагали ранее на основании прямых наблюдений с Земли (см. тёмная энергия).
Космические струны. Космические струны — гипотетические образования, существование которых выведено, чтобы объяснить строение Вселенной. По мнению космофизиков, космические струны — тонкие трубки из симметричного высокоэнергетического вакуума, пересекающие наш мир как паутина из конца в конец. Первая работа о них была написана в 1976 году Т. Кибблом из Имперского колледжа науки и техники в Лондоне. Толщина космических струн ничтожна (примерно 10 в минус тридцатой степени сантиметра), а вес одного такого сантиметра огромен (около 10 в шестнадцатой степени тонн). Если такая струна пересечет человека в поясе, его голова и ноги (по закону Всемирного тяготения) хлопнутся со скоростью 6 километров в секунду. Примерно то же произойдет и с нашей планетой — струна из вакуума мгновенно рассечет ее на части как проволочная яйцерезка. По счастью ближайшие струны (если они вообще существуют) находятся, как утверждают специалисты, на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли.
Общая теория относительности. Эксперименты позволяют судить что по всему протяжению пространства-времени Вселенной, ей управляют те же физические законы и константы что и везде. Доминирующая сила на космологических дистанциях — Гравитация, и Общая теория относительности — в настоящее время самая точная гравитационная теория. Сохранение трёх фундаментальных взаимодействий и частиц на которые они воздействуют описано Стандартной моделью. У Вселенной есть по крайней мере три измерения в пространстве, и одно во времени, хотя чрезвычайно малые дополнительные измерения не могут представлять собой что-то возможное только теоретически. Пространство-время дифференцируемо-многообразно и односвязно, космос имеет слишком маленький тензор кривизны Римана, таким образом Евклидова геометрия достаточно точна в среднем по Вселенной.
9. Какова природа земного магнетизма? Как проявляется тектоническая активность Земли? Может ли тектоническая активность служить критерием жизнеспособности планеты?
Магнетизм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Орбитальные и спиновые магнитные моменты элементарных частиц, атомов и молекул, а в макроскопическом масштабе — электрический ток и постоянные магниты. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. Основной характеристикой магнитного поля является вектор индукции, совпадающий в вакууме с вектором напряженности магнитного поля.
Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.
По характеру взаимодействия с магнитным полем и внутренней магнитной структуре вещества подразделяются на:
1. магнитно не упорядоченные вещества
o диамагнетики, в которых молекулы не обладают собственным магнитным моментом, а магнитное поведение материала определяется законом электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому молекулярные токи в веществе изменяются таким образом, чтобы компенсировать изменение магнитного потока через вещество;
o парамагнетики, обладающие собственным ненулевым локальным магнитным моментом (например некомпенсированный атомный), которые ориентируются вдоль поля;
2. вещества с дальним магнитным порядком (магнетики):
o ферромагнетики, в которых за счёт обменного взаимодействия энергетически выгодной оказывается параллельная ориентация магнитных моментов атомов или молекул в макроскопических областях материала — доменах;
o антиферромагнетики, в которых обменное взаимодействие таково, что в кристалле формируются две или более двух антипараллельно ориентированных подрешёток, магнитные моменты которых дают в сумме нулевую намагниченность в отсутствие магнитного поля;
o ферримагнетики, где, в отличие от антиферромагнетиков, полной компенсации магнитных моментов подрешёток не происходит, и материал в целом обладает ненулевой спонтанной намагниченностью.
3. вещества с ближним магнитным порядком:
o спиновые стекла
o суперпарамагнитные ансамбли частиц
4. молекулярные магниты и кластеры
5. плазма
6. элементарные частицы
Фундаментальные основы магнетизма и взаимодействие магнитного поля с веществом изучает физика магнитных явлений.
Наша планета продолжает изменяться у нас на глазах. Новые исследования астрономов из Центра астрофизики Земли показали, что если бы земной шар был меньше и легче, чем он есть на самом деле, то его бы никогда не беспокоила тектоническая активность. А именно это движение пластов земной коры привело к тому, что жизнь на Земле встала на ноги.
Тектоническая активность – огромная сила, двигающая континенты и воздвигающая горы. Это не только механический процесс, движение шельфов сопряжено со сложнейшими химическими процессами. Порождаемая в результате вулканической активности, двуокись углерода играет роль термостата и сохраняет тепло у поверхности планеты.
Двуокись углерода, запертая в каменной породе, высвобождается в большом количестве при вулканической деятельности или подводных океанических сдвигах шельфов. Аналогичные процессы могут происходить на любых планетах с твердой корой, а значит, шансы обнаружить инопланетную жизнь многократно возрастают.
Группа из трех ученых Центра астрофизики Земли изучили предельные значения, которыми должна обладать планета с развитой тектонической активностью. В ходе эксперимента они так же изучили одну из планет класса «супер-Земля», размер которой вдвое, а вес – в десять раз больше, чем у нашей планеты.
Поиски внешних планет уже привели к обнаружению пяти планет класса «супер-Земля», но температура на их поверхности не пригодна для зарождения жизни. Однако, если распространенность подобных космических объектов так велика, как предсказывают астрономы, то рано или поздно будут обнаружены планеты, совершающие оборот вокруг своих светил на подходящих орбитах.
Предположительно, «супер-Земли» могут обладать развитой вулканической активностью в виде «кругов огня», которые покрывают поверхность на подобие Йеллоустонского национального парка США, полного горячих источников и гейзеров. «Супер-Земля» может обладать атмосферой, если ее сила притяжения примерно в три раза больше земной.
Как были открыты молекулярно-генетические механизмы изменчивости? Какие виды изменчивости вам известны, в чем их сходства и отличия? Объясните, какая форма изменчивости дает исходный материал для естественного отбора в природе?
Предпосылкой учения о наследственности и изменчивости явилось в некоторой степени создание клеточной теории. Идея единства живой природы нашла выражение в морфологическом строении, в нахождении универсальной единицы структурной организации живой материи. И стали считать, что процесс образования клеток тоже должен регулироваться единым механизмом, скрывающим тайну наследственности и изменчивости.
Дискретный характер наследственности установил О. Сажрэ. Исследуя отдельные признаки скрещивающихся при гибридизации растений (тыквы), он отметил, что признаки распределяются между потомками неравно. Чешский ученый Г. Мендель стал исследовать наследственные свойства у растений при гибридизации, выделяя отдельные признаки. Некоторые свойства переходили непосредственно, а другие были рецессивными, появляясь через поколение. Так он пришел в 1865 г. к открытию двух законов — доминирования и расщепления признаков, а затем и третьего — закона независимого комбинирования. При формулировке своих законов Мендель применил вариационно-статистический метод: он дал количественные определения явления наследственности и обобщил материал в количественном отношении. Эта смесь ботаники с математикой противоречила понятиям того времени. Его законы опередили время почти на 40 лет. Каждому из наследуемых признаков он сопоставил материальную частичку живого, передаваемую из поколения в поколение, — ген.
Сначала Мендель скрещивал организмы, отличающиеся только одним признаком (моногибридное скрещивание) — горошины желтого и зеленого цветов. В первом поколении получил только желтые горошины, т.е. желтый цвет доминировал. Когда он скрестил два гетерозиготных растения первого поколения, то во втором поколении получил уже и зеленые горошины в соотношении 3:1. Затем он установил, что эти законы относятся и к другим признакам (к форме семян, к цвету цветков и др.).
Законы Менделя были «переоткрыты» в 1900 г., когда Г.де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии проводили независимые исследования по делению клеток. Они оставили приоритет за Менделем. Тогда же было установлено, что хромосомы находятся внутри клеточного ядра. Основой новой науки — генетики — стал ген, элементарная единица наследственности. Общее количество генов в больших организмах огромно — несколько миллиардов, они входят в состав всех клеток организма. Биохимическую основу гена составляют нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор.
Естественный отбор — механизм эволюции, материал для него — наследственная изменчивость. В нем Дарвин соединил многие биологические знания, в том числе опыт практической селекции.
Заслуга Дарвина в том, что из сопоставления фактов борьбы за существование и всеобщей изменчивости свойств и признаков он вывел неизбежность избирательного уничтожения одних особей и размножения других — естественного отбора. Начинаясь с наблюдения, познание жизни продолжалось на уровне мыслительных процессов. В классической биологии эксперимент еще не был методом познания живого. Механистический детерминизм игнорировал функциональное единство живых систем, а телеологический подход основывался на целесообразности организмов. С теории эволюции Дарвина, в основе которой лежал рациональный подход, началось преодоление идеалистической тенденции в биологии.
Литература
1. Галимов Э.М. Феномен жизни: между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции. — М.: Едиториал УРСС, 2001.
2. Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990.
3. Дубнищева Г.Я. Ретрофизика в зеркале философской рефлексии. —М.: ИНФРА-М, 1997.
4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. — 6-е изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с.
5. Дубнищева Т.Я. Современное естествознание / Т.Я.Дубнищева,
6. А.Ю.Пигарев. — Новосибирск: ЮКЭА, 1998. — М.: Маркетинг, 2000.
7. Липкин А.И. Основания современного естествознания. — М.: Вузовская книга, 2001.
8. Электронный учебник «концепции современного естествознания»