Контрольная работа: по Естествознанию 4
Гравитация обладает рядом особенностей, резко отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие в 1039 раз меньше силы взаимодействия электрических зарядов. Поэтому в описании взаимодействий элементарных частиц оно обычно не учитывается. В микромире гравитация ничтожна.
Гравитация является господствующей силой во Вселенной. Все дело во второй удивительной черте гравитации – ее универсальности. Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. И хотя притяжение одного атома пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли сообща притягивают нас.
Кроме того, гравитация – дальнодействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.
Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы.
Поле ядерных сил.
Квантами ядерного поля являются пионы или π-мезоны. Процесс столкновения в атомном ядре нуклонов (нейтронов и протонов) управляется ядерной силой (пионной обменной силой) действующей между обеими частицами. Очень удобно представить протон как бы состоящий из нейтрона и положительно заряженного пиона, или, что вокруг нейтрона существует пионное поле и в целом это образование выглядит как протон: р ↔n+π+ .
При сталкивании протона и нейтрона происходит обмен π-мезоном между двумя частицами, и как результат осуществляется ядерное взаимодействие между частицами. Таким образом, пионы – это частицы, отвечающие за ядерные силы, то есть они являются квантами поля ядерных сил.
Поле ядерных сил является источником огромной энергии. Это поле характеризуется сильным взаимодействием. Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, – Солнце. Главная функция сильного взаимодействия в природе – создание прочной связи между нуклонами (протонами и нейронами) в ядрах атомов. При этом столкновение ядер или нуклонов, обладающих высокими энергиями, приводит к разнообразным ядерным реакциям, в том числе реакции термоядерного синтеза на Солнце, которая является основным источником энергии на Земле.
Человек также научился вызывать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, сконструированы и совершенствуются технологии управляемой термоядерной реакции.
Волновые (квантованные) поля (электрон-позитронное поле).
Квантованные поля описывают уничтожение (или рождение) частиц и одновременно рождение (уничтожение) античастиц. Таким полем, например, является электрон-позитронное поле.
Электроны и позитроны могут исчезать и появляться лишь парами. Для рождения электрон-позитронной пары необходима достаточно большая энергия, которую может предоставить, имеющий большую энергию, фотон (гамма-квант).
При соударении электрона и его античастицы – позитрона – оба они могут исчезнуть, образовав два гамма-кванта. Гамма-квант может, взаимодействуя с электрическим полем атомного ядра, породить пару электрон-позитрон.
Образование пар электрон-позитрон играет определяющую роль в поглощении веществом гамма-квантов высокой энергии, а также совместно с тормозным излучением, в возникновении так называемых электронно-фотонных ливней в космических лучах. Космические лучи – уникальный природный источник частиц высоких и сверхвысоких энергий, позволяющих изучать процессы превращения элементарных частиц и их структуру.
Кроме того, по рождению электрон-позитронных пар можно получить информацию об образующихся в реакции фотонах большой энергии. Фотон, как и всякую другую незаряженную частицу, нельзя наблюдать непосредственно, так как он не оставляет видимого следа в детекторах частиц, таких, как камера Вильсона, пузырьковая камера, ядерная фотографическая эмульсия и др., и о его энергии, импульсе, а также о самом факте его образования можно узнать только по рожденной им паре.
4. Охарактеризуйте открытые системы и приведите примеры.
Открытые системы – это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне и (или) стока вовне вещества, энергии или информации. Причем приток и сток обычно носят объемный характер, то есть происходят в каждой точке данной системы. Так, во всех компонентах биологического организма (ткани, органы, клетки и т.д.) происходит обмен веществ, приток и отток вещества (с помощью кровеносных сосудов, эндокринной и других систем). Постоянный приток (и сток) вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных, неустойчивых состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию.
Неравновесность, неустойчивость открытых систем порождается постоянной борьбой двух тенденций. Первая – это порождение и укрепление неоднородностей, структурирования, локализации элементов открытой системы. И вторая – рассеивание неоднородностей, «размывание» их, диффузия, деструктурализация системы. Если побеждает первая тенденция, то открытая система становится самоорганизующейся системой, а если доминирует вторая –открытая система рассеивается, превращаясь в хаос. А когда эти тенденции примерно равны друг другу, тогда в открытых системах ключевую роль – наряду с закономерным и необходимым – случайные отклонения системы от ее закономерного состояния, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.
Открытые системы – это системы необратимые; в них важен фактор времени.
Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние – диссипативность, т.е. своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне. Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Диссипация – это тенденция к размыванию организации, но в нелинейных, неравновесных системах она проявляет себя и через противоположную функцию – структурообразование. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно формироваться новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.
Диссипативность проявляется в различных формах: в способности «забывать» детали некоторых внешних воздействий, в «естественном отборе» среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согласованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и др.
Понятие диссипативности тесно связано с понятием хаоса. Синергетика определяет хаос как многоликое материальное начало, которое не только разрушает и само является продуктом разрушения, но и способствует созиданию нового. (В этических оценках: хаос не только зло, но и добро.) Благодаря хаосу материя деструктурируется и насыщается неопределенностью, в то же время она порождает структурные организации, оказывается способной к самоорганизации, потенциально готова к новаторству.
В нелинейных (неравновесных) открытых системах постоянно действует диссипативный, рассеивающий, хаотизирующий фактор. Однако в силу избирательности такой системы, ее различной чувствительности к разным воздействиям (и внешним, и внутренним) диссипативный фактор действует также избирательно: он рассеивает одни образования и усиливает другие, способствуя тем самым их структурированию и локализации.
Примером открытых систем, например, в биологии могут служить живые системы.
Живые системы – открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом, энергией и информацией со средой. Обмен веществом, энергией и информацией происходит и между частями (подсистемами) системы. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Для живых систем характерны увеличение упорядоченности, способность к самоорганизации.
Также можно привести такие примеры открытых систем как: калькулятор или радиоприемник с солнечной батареей, где энергия поступает извне; промышленное предприятие, завод, фирма, компания и т.д.
Очевидно, что для осуществления деятельности хозяйствующих организаций необходимы снабжение, сбыт, работа с потенциальными покупателями и т.д. Именно поэтому их можно отнести к открытым системам.
5. Охарактеризуйте специфические свойства пространства.
Специфическими свойствами пространства являются: