К БЛОКУ 2 «СТРУКТУРА И ОБЩИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА» Тема 2

К БЛОКУ 2 «СТРУКТУРА И ОБЩИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА»
Тема 2.1. Развитие представлений о структуре материального мира
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Материя  (от лат. materia) – «…философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них».
Материя — это субстрат (субстанция) всех реально существующих в мире свойств, связей и форм движения, бесконечного множества объектов и систем.
Система — совокупность элементов и связей между ними.
Понятие элемент означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.
В науке выделяются три уровня организации материи.
– Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах.
– Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10–8до 10–16 см, а время жизни – от бесконечности до 10–24 секунд.
– Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

6.    Заполнить в тетради табл. 4, 5, 6.
Таблица 4 — Вещество и поле как корпускулярный и континуальный виды материи
Сравнтельный признак Вещество Поле
 Определение Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено).
Построено из электронов и нуклонов (протонов и нейтронов). Последние в свою очередь состоят из кварков. Различного рода взаимодействия между частицами вещества осуществляются полями. Кванты полей, переносящих электромагнитное взаимодействие, представляют собой фотоны, гравитационное взаимодействие – гравитоны, сильное взаимодействие – глюоны, слабое взаимодействие – векторные бозоны. Вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя.
Могут быть постоянными и переменными. Электрическое и магнитное поля фотона являются переменными (они синусоидально зависят от координат и времени, т. е. изменяются по гармоническому закону), а магнитное поле Земли и электрическое поле в грозовой туче постоянные.
Масса покоя Имеется Нулевая
Структура Дискретная Непрерывная
Корпускулярные свойства Проявляют элементарные частицы Поле (его кванты)
Волновые свойства Проявляют элементарные частицы Обладают
Нахождение в пространстве Вещественные тела ограничены в пространстве. В месте нахождения одного вещественного тела не может находиться другое вещественное тело. В одной пространственной области возможна локализация множества одинаковых и различного типа полей.
Движение Вещественные тела могут двигаться и равномерно и ускоренно электромагнитные волны распространяются в вакууме всегда с одной скоростью
Специфические свойства Странность, изотопический спин и другие отсутствующие у квантов электромагнитного поля
Законы сохранения Подчиняется общим законам сохранения Подчиняется общим законам сохранения
Корпускулярные свойства Проявляют элементарные частицы Проявляют кванты

Таблица 5 — Особенности классических картин мира (механической, электродинамической)
Сравнительный  признак Классическая механическая картина мира Классическая электродинамическая картина мира
Вид материи Вещество, состоящее из дискретных частиц – атомов, молекул, электронов, ионов   Электромагнитное поле 
Характеристики материи Обладают энергией, количеством движения, моментом количества движения Обладают энергией, количеством движения, моментом количества движения
Вид движения Механическое перемещение тел .Относительность механического движения. 1) Механическое движение
2)Электромагнитные волны.
Относительность всех видов движения
Характер взаимодействия Дальнодействие Близкодействие, все взаимодействия (кроме гравитационного) имеют электромагнитный характер
Причинно-следственная связь Всеобщая- абсолютный детерминизм Лапласа Разделение всех событий на пары (при помощи пространственно- и временно- подобных интервалов)
Пространство и время Абсолютны, независимы друг от друга и от материи. Наблюдаемы только относительные перемещения и промежутки времени, численные значения которых абсолютны. Геометрия пространства евклидова Пространство и время взаимосвязаны и численные значения длины и промежутков времени зависят от состояния материальных тел. Геометрия пространства –времени (мир 4-х мерный) псевдоевклидова
Философия Механический материализм, осложненный религиозными представлениями создателя МКМ — Ньютона Более сложное миропонимание, в основе которого лежат идеи материализма и диалектики
Познаваемость мира Ошибочное представление о том, что мир познан Относительность знаний, но вера в познаваемость объективно существующего мира
Таблица 6 — Уровни организации материи (микро-, макро-, мегамир)
Уровень  организации Размерность Материальные объекты,  их масштабы Способы измерения пространственно-временных характеристик
Микромир от 10–8до 10–16 см

Мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов — вакуум, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, клетки время жизни – от бесконечности до 10–24 секунд
Макромир соотносима с масштабами человеческого опыта Макрообъекты
твердые тела, жидкости, газы, плазма), индивид, вид, популяция, сообщество, биосфера пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах.
Мегамир расстояние в котором измеряется световыми годами мир огромных космических масштабов и скоростей — планеты, звезды, галактики, Метагалактика, Вселенная время существования космических объектов – миллионы и миллиарды лет

Тема 2.2. Свойства объектов микромира. Принципы дополнительности, неопределенности, суперпозиции
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Вакуум 
Вакуум – это не пустота или “отсутствие всякого присутствия”.
Вакуум — физический объект, в котором непрерывно происходит рождение и уничтожение виртуальных частиц (материализованные порции энергии). Вакуум — динамическая система, обладает какой-то энергией, которая все время перераспределяется между виртуальными (воображаемыми) частицами.
Элементарные частицы 
Элементарные частицы — наименьшие “кирпичики”, из которых создан окружающий мир.
Все известные элементарные частицы подразделяются на две группы: адроны и лептоны. Предполагается, что адроны имеют составное строение (состоят из истинно элементарных частиц – кварков; в настоящее время насчитывается шесть типов кварков).
Стабильными, то есть живущими в свободном состоянии неограниченно долго, частицами являются протон, электрон, фотон и, по-видимому, нейтрино всех типов. Время жизни протона составляет 1031 лет. Самыми короткоживущими образованиями являются резонансы – их время жизни порядка 10–23 с.
Ядра 
Атомные ядра – это связанные системы протонов и нейтронов. Массы ядер всегда несколько меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, составляющих ядро. Это релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра. Известны ядра с зарядом, равным от одного заряда протона до 109, и с числом протонов и нейтронов (то есть нуклонов) от 1 до примерно 260. Особенно устойчивыми ядрами, то есть обладающими наибольшей энергией связи, являются ядра с числами протонов и нейтронов 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Плотность числа частиц в многонуклонных ядрах порядка 1044нуклонов/м3, а плотность массы 1017 кг/м3. Радиусы ядер изменяются от 2 ∙ 10–15 м (ядро гелия) до 7 ∙ 10–15 м (ядро урана). Ядра имеют форму вытянутого или сплюснутого эллипсоида (или еще более сложную).
Ядро как квантовая система может находиться в различных дискретных возбужденных состояниях. В основном состоянии ядра могут быть стабильными (устойчивыми) и нестабильными (радиоактивными). Время, за которое из любого макроскопического количества нестабильных ядер распадается половина, называют периодом полураспада. Периоды полураспада известных нам элементов изменяются в пределах примерно от 1018 лет до 10–10 с.
Атомы 
Атомы состоят из плотного ядра и электронных орбит. Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем отрицательно заряженных электронов. В целом атом электронейтрален. Атом — наименьшая структурная единица химических элементов. В отличие от “плотной упаковки” ядерных частиц, атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки. Существуют жесткие правила “заселенности” электронами орбит вокруг ядра. Электроны, находящиеся на самых верхних этажах “атомного дома”, определяют реакционную способность атомов, то есть их способность вступать в соединения с другими атомами. Здесь мы вступаем в область химии, и условность границ раздела между физикой и химией в данном случае очевидна. У большинства элементов атомы химически нестабильны. Атом стабилен, если его внешняя оболочка заполнена определенным числом электронов (2, 8 и др.). Атомы с незаполненными внешними оболочками вступают в химические реакции, образуя связи с другими атомами.
Молекулы
Молекула — наименьшая структурная единица сложного химического соединения. Число возможных комбинаций атомов, определяющих число химических соединений, составляет миллионы. Качественно молекула – это определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного химического взаимодействия объединены в частицы. Поскольку электроны в молекулах обобществлены, атомы теряют свою индивидуальность. При затрате определенной энергии устойчивая молекула может быть разложена на атомы.
Некоторые атомы (например, углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи, являющиеся основой для образования еще более сложных структур (макромолекул), которые проявляют уже биологические свойства, то есть свойства живого.
Клетка 
Клетка – это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетки служат элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Клетка состоит из ядра, цитоплазмы и органоидов, выполняющих свой набор функций; от окружающей среды клетка отделена плазматической мембраной, которая регулирует обмен между внутренней и внешней средой и служит ее границей. В каждой клетке содержится генетический материал в форме ДНК, регулирующей жизнедеятельность и самовоспроизведение.
Клетки отличаются друг от друга формой, размерами, которые исчисляются в микрометрах (мкм) – миллионных долях метра – и нанометрах (нм) – миллиардных долях. Например, у соматической животной клетки средних размеров диаметр составляет 10–20 мкм, у растительной – 30–50 мкм; длина хлоропласта цветкового растения – 5–10 мкм, бактерии – 2 мкм.
Различают половые клетки, служащие для размножения, и соматические (от греч. soma – тело) клетки, отличающиеся по строению и функциям (нервные, мышечные, костные).
Клетки существуют как самостоятельные организмы (простейшие, бактерии) или входят в состав многоклеточных организмов.
Принцип дополнительности
 Некоторые эффекты объясняются волновой теорией, некоторые другие – квантовой. Поэтому  следует использовать разные формулы  и из волновой и из квантовой теории для более полного описания процессов.
Принцип неопределенности 
С принципом дополнительности связано  и так называемое «соотношение неопределенностей», сформулированное в 1927 году Вернером Гейзенбергом, в соответствии с которым в квантовой механике не существует состояний, в которых и местоположение, и количество движения (произведение массы на скорость) имели бы вполне определенное значение. Частица со строго определенным импульсом совершенно не локализована.
Можно говорить лишь о вероятности того, где в данный момент времени находится частица, и это является неизбежным следствием введения в физическую теорию постоянной Планка, представлений о квантовых скачках.
Принцип суперпозиции 
Принцип суперпозиции (принцип наложения, так как «супер» — сверх, в данном случае — «сверх позиции», т.е. «позиция на позиции») — это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности, при условии, что эффекты не влияют взаимно друг на друга.
Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, по которому складываются две силы, воздействующие на тело. Встречный ветер тормозит движение — принцип суперпозиции  проявляется здесь в полной мере.
Принцип суперпозиции играет большую роль в теории колебаний, теории цепей, теории полей и других разделах физики и техники. В микромире принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который вместе с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики.
6.    Ответить на вопросы:
—     Как происходило развитие представлений о строении атома?
А́том (др. -греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Термин был введён ещё в V веке до н. э. Демокритом, основывавшемся на абстрактных размышлениях: «Сладость и горькость, жара и холод суть определения, на самом же деле [есть только] атомы и пустота». В XIX веке умозрительная теория получила научное подтверждение. Однако в современном представлении атом является сложным, делимым телом, а в буквальном смысле как «неделимые», точнее фундаментальные частицы, рассматриваются кварки, лептоны и калибровочные бозоны.
Современное представление об атоме
Сегодня общепринятой является модель атома, являющаяся развитием планетарной модели. Считается, что ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).
Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Позиция атома в таблице Менделеева определяется количеством протонов, в то время как количество нейтронов на химические свойства практически не влияет; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов.
Количество электронов в нейтральном состоянии по определению соответствует количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, в то время как массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).
Массу атома принято измерять в атомных единицах массы, равных 1/12 от массы атома изотопа углерода 12C.
Модели атомов
Кусочки материи. Демокрит полагал, что свойства того или иного вещества определяются формой, массой, пр. характеристиками образующих его атомов. Так, скажем, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать, у твёрдых тел они шероховаты, поэтому накрепко сцепляются друг с дружкой, у воды — гладки, поэтому она способна течь. Даже душа человека, согласно Демокриту, состоит из атомов.
Пудинг с изюминками» (модель Томсона) . Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Эта модель не объясняет сериальный характер излучения атома.
Атом, типа Сатурна. 1904 год. Хентара Нагаока. Маленькое положительное ядро, вокруг которого, по орбиталям, вращаются электроны.
Планетарная модель атома. 1911 год. Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой скорее некоторое подобие планетной системы, то есть что электроны движутся вокруг положительно заряженного тяжёлого ядра, расположенного в центре атома. Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, заряд, движущийся по окружности, должен излучать электромагнитные волны, а следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает. Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.
—     Какую роль сыграло установление всеобщности корпускулярно-волнового дуализма материи в диалектизации естествознания?
В 1900 г. М. Планк показал, что энергия  излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь произвольные значения, а кратна энергии кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной природе света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция электрона).
Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.
Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий современной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания микроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и непрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироваться в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства.
Поведение потока частиц – электронов, атомов, молекул – при встрече с препятствиями или отверстиями атомных размеров подчиняется волновым законам: наблюдаются явления дифракции, интерференции, отражения, преломления и т.п. Луи де Бройль предположил, что электрон – это волна определенной длинны.
Дифракция подтверждает волновую гипотезу, отсутствие увеличения энергии вырабатываемых светом частиц – квантовую. Это и получило название корпускулярно – волнового дуализма. Как же описывать процессы в микромире, если «нет никаких шансов последовательно описать световые явления, выбрав только какую-либо одну из двух возможных теорий – волновую или квантовую» 
—  В чем заключается фундаментальное значение принципов квантовой механики?
Обычно квантовая механика формулируется для нерелятивистских систем. Рассмотрение частиц с релятивистскими энергиями в рамках стандартного квантовомеханического подхода, предполагающего фиксированное число частиц в системе, сталкивается с трудностями, поскольку при достаточно большой энергии частицы могут превращаться друг в друга. Эти трудности устраняются в квантовой теории поля, которая и является самосогласованной теорией релятивистских квантовых систем.
Важным свойством квантовой механики является принцип соответствия: в рамках квантовой механики доказывается, что в пределе больших величин действия(квазиклассический предел) и в случае, когда квантовая система взаимодействует с внешним миром (декогеренция), уравнения квантовой механики редуцируются в уравнения классической физики. Таким образом, квантовая механика не противоречит классической физике, а лишь дополняет её на микроскопических масштабах.
Некоторые свойства квантовых систем кажутся непривычными (невозможность одновременно измерить координату и импульс, несуществование определённой траектории частицы, вероятностное описание, дискретность средних значений наблюдаемых величин). Это вовсе не значит, что они неверны: это означает, что наша повседневная интуиция никогда не сталкивалась с таким поведением, т. е. в данном случае «здравый смысл» не может быть критерием, поскольку он годится только для макроскопических систем. Квантовая механика — самосогласованная математическая теория, предсказания которой согласуются с экспериментами. В настоящее время огромное число приборов, используемых в повседневной жизни, основываются на законах квантовой механики, как например — лазер или сканирующий туннельный микроскоп.
Классическая механика оказалась неспособной объяснить движение электронов вокруг атомного ядра. Например, согласно классической электродинамике, электрон, вращающийся с большой скоростью вокруг атомного ядра, должен излучать энергию. Тогда его кинетическая энергия должна уменьшаться и он должен упасть на ядро. Для понимания процессов, происходящих на уровне элементарных частиц, потребовалась новая теория. Квантовая теория — это совершенно новый взгляд на систему, позволяющий с огромной точностью описать необычное поведение  электронов и  фотонов.
7. Составить в тетради схему «Классификация элементарных частиц» с учетом их основных квантовых характеристик.
В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнаруживается более или менее стройная система классификации.Так, элементарные частицы, различающиеся по своим свойствам и характеру взаимодействия, принято делить на две большие группы:
фермионы — частицы с полуцелым спином (карки, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);
бозоны — частицы с целым спином (фотон, глюон, мезоны) (рис. 1).
Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.
Между частицами существует четыре типа взаимодействия, каждое из которых переносится своим типом бозонов.
Фотон, или квант света переносит электромагнитное взаимодействие.
Глюоны осуществляют перенос сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки.
Векторные бозоны переносят слабые взаимодействия, ответственные за некоторые распады частиц.

Рисунок 1 – Элементарные частицы
По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на:
— составные частицы: адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Общее число около четырехсот. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны – являются частицами с целочисленным спином (нулевым). Такие частицы называют бозонами; барионы – адроны с полуцелым спином (фермионы) и массами не меньше массы протона. За исключением протона все нестабильны.
— фундаментальные частицы — бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков (по 6 частиц каждого рода, вместе с античастицами, составляют набор из 24 фундаментальных частиц) в совокупности с калибровочными бозонами (частицами-переносчиками фундаментальных взаимодействий): лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов. кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента).
Обилие открытых и вновь открываемых адронов навела ученых на мысль, что все они построены из каких-то других более фундаментальных частиц. В 1964 г. американским физиком М. Гелл-Маном была выдвинута гипотеза, подтвержденная последующими исследованиями, что все тяжелые фундаментальные частицы – адроны – построены из более фундаментальных частиц, названных кварками. На основе кварковой гипотезы не только была понята структура уже известных адронов, но и предсказано существование новых.
Теория Гелл-Мана предполагала существование трех кварков и трех антикварков, соединяющихся между собой в различных комбинациях. Так, каждый барион состоит из трех кварков. Антибарион строится из трех антикварков. Мезоны состоят из пар кварк–антикварк.
Как и лептоны, кварки делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие. Не обладают массой, тем не менее могут переносить энергию и импульс;
восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;
гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.
Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных видов излучения. Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально.
Как видим дать определение элементарной частицы и их свойствам, не так просто. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно.
В обычном употреблении физики называют элементарными такие частицы, которые не являются атомами и атомными ядрами, за исключением протона и нейтрона.
Другие элементарные частицы на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные – фундаментальные частицы, под которыми понимаются микрочастицы, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объединения других свободной частиц.

8.    Заполнить в тетради табл. 7.
Таблица 7 — Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц
Тип взаимодействия Радиус взаимодействия, м Виды частиц, являющихся носителями данного взаимодействия Кванты данного взаимодействия Проявления данного взаимодействия  в природе
Гравитация ∞ (–10–39) гравитон (гипотетич.) Масса   Массивные тела и фотон
Слабое 10-18 W+ — W- — Z0 бозоны Слабый изоспин Радиактивный распад, распадные процессы
Электромагнитное ∞ (–10–15) Фотон Электрический заряд Атомы, электротехника
Сильное 10-15 Глюон
Пион Цветной заряд Атомные ядра Фундаментальные частицы
Тема 2.3. Материя в пространстве и времени
Рекомендации по изучению темы:
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Субстанция обозначает единство многообразия конкретных вещей, событий, явлений и процессов, посредством которых и через которые она и существует. Учения, объяснявшие единство мира исходя из одной субстанции, относятся к философии монизма, которой противостоит дуалистическая трактовка мира. В домарксистском материализме материя часто понималась как нечто существующее наряду с вещами, как некоторая телесность, параматерия, из которой возникают и в которой исчезают конкретные вещи. Домарксистский материализм рассматривает ее как бесконечно развивающееся многообразие единого материального мира.
Материя — объективная реальность, существующая по своим законам, независимо от сознания.
Материя — (лат. materia — вещество) вещественное значение термина удерживалось до XX в., когда произошла революция в физике означавшая кризис одностороннего основанного на обязательном чувственном восприятии, понимании материи, составляющего суть концепции метафизического материализма Спиркин А.Г. Основы философии. М. 2000 г. .
Ленин: Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них.
1) материя существует независимо от сознания (первичность материи по отношению к сознанию)
2) она отображается ощущениями (признание принципиальной познаваемости мира).
Достоинство этого определения — единство онтологического и гносеологического подходов и является исходным пунктом естествознания и философии.
Домарксистское понимание материи является предпосылкой для последовательной разработки материалистического понимания истории, позволяет рассмотреть общественную жизнь как функционирование и развитие сложной материальной системы — человеческого общества, которая включает в качестве своего неотъемлемого аспекта духовные процессы.
Пространство — это отношения взаимоположения объектов, сосуществующих в некоторый момент времени (при измерении пространственных размеров, обратим внимание, измеряемый объект совмещается с эталоном);
Время — это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства (сравнение временных параметров разноместных событий, обратим внимание, требует синхронизации часов, что связано с комплексом не столь уж тривиальных допущений и процедур).
6.    Ответить на вопросы:
—     Какими фактами подтверждаются положения специальной и общей теории относительности?
Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительностиклассическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.
Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, — релятивистскими скоростями. Основным отличием СТО от классической механики является зависимость (наблюдаемых) пространственных и временных характеристик от скорости.
Центральное место в специальной теории относительности занимают  преобразования Лоренца, которые позволяют преобразовывать пространственно-временные координаты событий при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.
О́бщая тео́рия относи́тельности (ОТО; нем. allgemeine Relativitätstheorie) — геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности (СТО), опубликованная Альбертом Эйнштейном  в  1915-1916 годах. В рамках общей теории относительности, как и в другихметрических теориях, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся впространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи  кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей.
ОТО в настоящее время — самая успешная теория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями. Первый успех общей теории относительности состоял в объяснении аномальной прецессии перигелия Меркурия. Затем, в 1919 году, Артур Эддингтон сообщил о наблюдении отклонения света вблизи Солнца в момент полного затмения, что качественно и количественно подтвердило предсказания общей теории относительности. С тех пор многие другие наблюдения и эксперименты подтвердили значительное количество предсказаний теории, включая гравитационное замедление времени,  гравитационное красное смещение, задержку сигнала в гравитационном поле и, пока лишь косвенно, гравитационное излучение. Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности — существования чёрных дыр.
Несмотря на ошеломляющий успех общей теории относительности, в научном сообществе существует дискомфорт, связанный, во-первых, с тем, что её не удаётся переформулировать как классический предел квантовой теории, а во-вторых, с тем, что сама теория указывает границы своей применимости, так как предсказывает появление неустранимых физических расходимостей при рассмотрении чёрных дыр и вообще сингулярностей пространства-времени.
Для решения этих проблем был предложен ряд альтернативных теорий, некоторые из которых также являются квантовыми. Современные экспериментальные данные, однако, указывают, что любого типа отклонения от ОТО должны быть очень малыми, если они вообще существуют.
—     Каково теоретическое и практическое значение специальной и общей теории относительности?
Значение общей теории относительности выходит далеко за пределы теории тяготения. В математике специальная теория относительности стимулировала исследования в области теории представлений групп Лоренца в гильбертовом пространстве[6], а общая теория относительности стимулировала исследования по обобщению геометрии Римана и возникновение аффинной дифференциальной геометрии, а также разработку теории представлений непрерывных групп Ли.
Фактически СТО является инженерной наукой. Её формулы используются при расчёте ускорителей элементарных частиц. Обработка огромных массивов данных по столкновению частиц, двигающихся с релятивистскими скоростями в электромагнитных полях, основана на законах релятивистской динамики, отклонения от которых обнаружено не было. Поправки, следующие из СТО и ОТО, используются в системах спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). СТО лежит в основе ядерной энергетики и т. д.
Всё это не означает, что СТО не имеет пределов применимости. Напротив, как и в любой другой теории, они существуют, и их выявление является важной задачей экспериментальной физики. Например, в теории гравитации Эйнштейна (ОТО) рассматривается обобщение псевдоевклидового пространства СТО на случай пространства-времени, обладающего кривизной, что позволяет объяснить большую часть астрофизических и космологических наблюдаемых данных. Существуют попытки обнаружить анизотропию пространства и другие эффекты, которые могут изменить соотношения СТО[23]. Однако необходимо понимать, что если они будут обнаружены, то приведут к более общим теориям, предельным случаем которых снова будет СТО. Точно так же при малых скоростях верной остаётся классическая механика, являющаяся частным случаем теории относительности. Вообще, в силу принципа соответствия, теория, получившая многочисленные экспериментальные подтверждения, не может оказаться неверной, хотя область её применимости может быть ограничена
7.    Заполнить в тетради табл. 8.
Таблица 8 — Различия классической и релятивистской концепций пространства-времени
Сравнительный признак Классическая концепция Релятивистская концепция
Пространство Это пространство математическое, идеальное.
Пространство и материя являются фактически синонимами (у Платона). Пространству свойственно принимать любые оттиски тел, вмещать всякое рождение тел, причем само оно остается лишенным формы. Понятие математическое – это абсолютная пустота, в которой возможно движение тел по инерции, равномерное и прямолинейное. В любом месте пространства можно выбрать систему координат, причем естественного абсолютного верха или низа в пространстве Ньютона нет.
Время Время ощущается на первичном биологическом уровне, знание о нем – интуитивно.
Время разделяет события, которые могут происходить в одном и том же месте, в одной и той же точке пространства. Таким образом, в классическом естествознании время играет роль пространства, но в чем-то другом, в чем нельзя реально вернуться назад. Этим время принципиально отличается от пространства. Время создается движением материального мира, хотя нет какого-либо специфического «времяобразующего» движения в его бытовом понимании.
Иными словами, от понимания времени как длительности (интервала между событиями) мы переходим к его пониманию как процесса непрерывного становления (от существующего к возникающему).

Тема 2.4. Законы сохранения как проявление симметрии материального мира
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Симметрия — это неизменность (инвариантность) каких-либо  свойств  и характеристик объекта по отношению к каким-либо преобразованиям (операциям) над ним. Например, окружность симметрична относительно любой прямой (оси симметрии), лежащей в ее плоскости и проходящей через центр, она симметрична и относительно центра. Операциями симметрии в данном случае будут зеркальное отражение относительно оси и вращение относительно центра окружности.
В широком смысле симметрия — это понятие, отображающее  существующий  в объективной действительности  порядок, определенное  равновесное состояние,  относительную  устойчивость,  пропорциональность и  соразмерность между частями целого.
Противоположным понятием является понятие асимметрии, которое отражает существующее в объективном мире  нарушение  порядка, равновесия,относительной устойчивости, пропорциональности и соразмерности  между  отдельными частями  целого, связанное  с изменением,  развитием и организационной перестройкой. Уже отсюда следует, что асимметрия может рассматриваться как источник развития, эволюции, образования нового.
5.    Ответить на вопросы:
—     Что такое симметрия, какие виды симметрий существуют в природе?
Симметрия — это неизменность (инвариантность) каких-либо  свойств  и характеристик объекта по отношению к каким-либо преобразованиям (операциям) над ним. Например, окружность симметрична относительно любой прямой (оси симметрии), лежащей в ее плоскости и проходящей через центр, она симметрична и относительно центра. Операциями симметрии в данном случае будут зеркальное отражение относительно оси и вращение относительно центра окружности.
В широком смысле симметрия — это понятие, отображающее  существующий  в объективной действительности  порядок, определенное  равновесное состояние,  относительную  устойчивость,  пропорциональность и  соразмерность между частями целого.
Различают геометрическую и динамическую формы симметрии.
К геометрической форме симметрии (внешние симметрии) относятся свойства пространства — времени, такие как однородность пространства и времени, изотропность пространства, эквивалентность инерциальных систем отсчета и т.д. 
К динамической форме относятся симметрии, выражающие свойства физических взаимодействий, например, симметрии электрического заряда, симметрии спина и т.п. (внутренние симметрии). Современная физика, однако, раскрывает возможность сведения всех симметрий к геометрическим симметриям.
—     Каково значение представлений о симметрии в познании объектов микро-, макро-, мегамира?
Познавательную силу симметрии оценили философы Древней Греции, используя ее в своих натурфилософских теориях. Так, например, Анаксимандр из Милета, живший в первой половине VI в. до н. э., использовал симметрию в своей космологической теории, где в центре мира поместил Землю — главное, по его мнению, тело мира. Она должна была иметь совершенную, симметричную форму, форму цилиндра, а на периферии вращаются огромные огненные кольца, закрытые воздушными облаками и дырками, которые и кажутся нам звездами. Земля расположена точно в центре, и здесь симметрия имеет смысл равновесия.
Весы известны человеку с III в. до н. э. В состоянии равновесия массы грузов на разных концах коромысла одинаковы — положение коромысла симметрично относительно центра тяжести. Симметрия — это не только равновесие, но и покой: стоит добавить на одну из чашек весов дополнительный груз, как они придут в движение. Нарушено равновесие, исчезла симметрия — появилось движение.
Эмпедокл считал Вселенную сферой — воплощением гармонии и покоя. Сферос — огромный однородный шар, порождение двух противоположных стихий — Любви и Вражды. Первая стихия соединяет, вторая — разъединяет. Их гармония — симметрия — приводит к устойчивому, циклическому равновесию мира — Сферосу. Преобладание одной или другой стихией — асимметрия — приводит к циклическому ходу мирового процесса.
Идею симметрии использовали и атомисты — Левкипп и Демокрит. По их учению, мир состоит из пустоты и атомов, из которых построены все тела и души. Таким образом, древнее искусство использовало пространственную симметрию.
Гармония (симметрия) состоит из противоположностей. В пространственной симметрии противоположности явно видны. Например, правая и левая кисти рук человека. Таких противоположностей древние ученые насчитали десять пар, например, чет — нечет, прямое — кривое, правое — левое и т.д.
 Леонардо да Винчи не обошел своим вниманием и симметрию. Он рассмотрел равновесие шара, имеющего опору в центре тяжести: две симметричные половины шара уравновешивают друг друга и шар не падает. Как художник он главное внимание уделял изучению законов перспективы и пропорций, с помощью которых выявляются художественные достоинства произведений искусства.
В науку симметрия вошла в 30-х гг. XIX в. в связи с открытием Гесселем 32 кристаллографических классов и появлением теории групп как области чистой математики. Кристаллы наделены наибольшей величиной симметрии из всех реальных объектов, они блещут своей симметрией. Кристаллы — это симметричныетела, структура которых определяется периодическим повторением в трех измерениях элементарного атомного мотива.
   Симметрия является основным предметом изучения кристаллографии. Она — основной теоретический принцип и практический метод классификации кристаллов. Симметричной в кристаллографии считается фигура, которая делится без остатка на равные и одинаково расположенные части. Величина симметрии определяется наибольшим числом равных и одинаково расположенных частей фигуры, на которые она делится без остатка.
Э. Галуа предложил классифицировать алгебраические уравнения по их группам симметрии. Ф. Клейн предложил взять идею симметрии в качестве единого принципа при построении различных геометрий.
Выйдя за пределы геометрии, эта идея, развиваясь, сделала очевидным тот факт, что принцип симметрии служит той единственной основой, которая может объединить все разрозненные части огромного здания современной математики. Клейн развил свою концепцию в физике и механике. Программа Клейна как задача поиска различных форм симметрии выходит за рамки не только геометрии, но и всей математики в целом, превращается в проблему поиска единого принципа для всего естествознания.
—     В чем заключается фундаментальный характер законов сохранения?
Значение законов сохранения (законы сохранения импульса, энергии, заряда и др.) для науки трудно переоценить. Дело в том, что понятие симметрии применимо к любому объекту, в том числе и к физическому закону. Вспомним, что согласно принципу относительности Эйнштейна, все физические законы имеют одинаковый вид в любых инерциальных системах отсчета. Это означает, что они симметричны (инвариантны) относительно перехода от одной инерциальной системы к другой.
Наиболее общий подход к взаимосвязи симметрий и законов сохранения содержится в знаменитой теореме Э. Нетер. В 1918 г., работая в составе группы по проблемам теории относительности, доказала теорему, упрощенная формулировка которой гласит:  если свойства  системы не  меняются относительнокакого-либо  преобразования переменных,  то этому  соответствует некоторый закон сохранения.
Из свойства симметрии пространства — его однородности следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы, сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физике, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики. Импульс сохраняется и для незамкнутой системы, если геометрическая сумма всех внешних сила равна нулю. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.
Однородность, времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Например, при свободном падении тела в поле силы тяжести его скорость и пройденный путь зависят лишь от начальной скорости и продолжительности свободного падения тела и не зависят от того, когда тело начало падать.
Из однородности времени следует закон сохранения  механической  энергии, в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем. Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Если же работа, совершаемая силой, зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной; например сила трения.
Механические системы, на тела которых действуют только консервативные силы (внутренние и внешние), называются консервативными системами. Закон сохранения механической энергии можно сформулировать еще и так: в консервативных системах полная механическая энергия сохраняется.
В диссипативных, системах механическая энергия постепенно уменьшается из-за преобразования ее в другие (немеханические) формы энергии. Этот процесс называется диссипацией, или рассеянием энергии. Строго говоря, все реальные системы в природе диссипативные.
В консервативных системах полная механическая энергия остается постоянной, могут происходить лишь превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно в эквивалентных количествах.
Закон сохранения и превращения энергии — фундаментальный закон природы; он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для микросистем. В системе, в которой действуют консервативные и диссипативные силы, например силы трения, полная механическая энергия системы не сохраняется. Следовательно, для такой системы закон сохранения механической энергии не выполняется.
Однако при убывании механической энергии всегда возникает эквивалентное количество энергии другого вида. Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. В этом заключается физическая сущность закона сохранения и превращения энергии — сущность неуничтожения материи и ее движения, поскольку энергия, по определению, — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.
Закон сохранения энергии — результат обобщения многих экспериментальных данных. Идея этого закона принадлежит М.В.Ломоносову, изложившему закон сохранения материи и движения, а количественная его формулировка дана немецкими учеными — врачом Ю.Майером и естество-испытателем Г.Гельмгольцем.
Еще одно свойство симметрии пространства — его изотропность — означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол). Из изотропности пространства следует фундаментальный закон природы — закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени.
Перечисленные законы сохранения универсальны. Они определяются симметриями пространства-времени мира. Если бы Вселенная оказалась неоднородной в пространстве и времени, то законы природы в ее разных частях были бы разными. В этом случае наблюдатель в комнате мог бы определить, в какой части Вселенной и в какую эпоху он живет.
Закон всемирного тяготения гласит, что сила взаимного притяжения двух тел пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Следовательно, сила притяжения не зависит от положения этой пары в пространстве, а только от расстояния между телами. Это означает, что данный закон инвариантен относительно переноса или вращения этой пары тел. Это не было бы так, если бы пространство не было однородным и изотропным.
6.    Выписать в тетрадь информацию о симметриях элементарных частиц.
Внутренние принципы симметрии действуют в микромире. В релятивистской квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:
— При всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной.
— Барионный или ядерный заряд остается постоянным.
Лептонный заряд сохраняется.
Теория взаимодействия элементарных частиц развивается успешно. Начало этому было положено принципами симметрии.
7.    Заполнить в тетради табл. 9.
Таблица 9 — Законы сохранения, связанные с симметриями пространства-времени, их проявления в микро-, макро-, мегамире
Симметрия пространства-времени Соответствующий закон сохранения Примеры проявление данного закона сохранения на разных уровнях организации материи

микромир макромир мегамир
 Материя Закон сохранения материи  Фотоны   порождают семейства элементарных частиц, которые  также, по образу и подобию, характеризуются корпускулярно-волновым единством.  На этом уровне    любая система  характеризуется структурно-функциональным единством.  На уровне мегамира Материя характеризуется единством Вещества и Поля 
Масса (мера вещества) Закон сохранения массы Атом, радиоактивность Цикл углерода в атмосфере Эволюция галактик

Тема 2.5. Физические свойства объектов  макромира. Хаос и самоорганизация
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Термодинамика — наука о закономерностях превращения энергии.
В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы.
Определение: термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Все тела находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой.
Поскольку одно и тоже тело, одно и тоже вещество при разных условиях может находиться в разных состояниях, (пример: лед–вода–пар, одно вещество при разной температуре) вводятся, для удобства, характеристики состояния вещества — так называемые параметры состояния.
Температура тел — определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами.
Давление — представляет собой силу, действующею по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.
Плотность – отношение массы вещества к объему занимаемому эти веществом.
Удельный объем — величина обратная плотности т.е. отношения объема занятого веществом к его массе.
6.    Ответить на вопросы:
—     Каковы были общественные предпосылки развития термодинамики?
В XVIII в. в физике (за исключением механики) господствовал эксперимент. Физику определяли как науку «о всем том, что через опыты познать можно», в XIX в. картина начинает меняться.
«Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» начинаются с характеристик огромной движущей силы тепла. «Развивать эту силу и приспособлять ее для наших нужд — такова цель тепловых машин», — пишет Карно. Он характеризует быстрое развитие тепловых машин и предсказывает им большое будущее: «Если когда-нибудь, — говорит Карно, — улучшения тепловой машины пойдут настолько далеко, что сделают дешевой ее установку и использование, то она соединит в себе все желательные качества и будет играть в промышленности роль, всю величину которой трудно предвидеть, ибо она не только заменит имеющиеся теперь в употреблении двигатели удобным и мощным двигателем, который можно повсюду перенести и поставить, но и даст тем производствам, к которым будет применена, быстрое развитие и может даже создать новые производства». Предвидение Карно блестяще оправдалось. Двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины получили широкое развитие, создали новые производства: авиационное и автомобильное. Новые двигатели второй половины XX в — ракеты — создали сверхскоростной воздушный транспорт и вывели человечество в космос.
Основной общественной предпосылкой развития термодинамики являлось – отсутствие математического описания. В результате опытов был развит термодинамический метод, а впоследствии сформулировано второе начало термодинамики.
—     Что такое термодинамические системы и термодинамические процессы?
Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Все тела находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой.
Если в термодинамической системе меняется хотя бы один из параметров любого входящего в систему тела, то в системе происходит термодинамический процесс.
Основные термодинамические параметры состояния Р, V, Т однородного тела зависят один от другого и взаимно связаны уравнением состояния:
F (P, V, Т)
Для идеального газа уравнение состояния записывается в виде:
P× v = R×T
где:
P — давление
v – удельный объем
T – температура
R – газовая постоянная (у каждого газа свое значение)
—     Почему говорят, что первое начало термодинамики «спасло закон сохранения энергии»?
Первое начало термодинамики спасло закон сохранения МЕХАНИЧЕСКОЙ энергии, т.к. первое начало учитывает превращение механической энергии в тепловую.
—     Какое начало термодинамики определяет направленность самопроизвольно протекающих процессов? Какова эта направленность?
В тепловых машинах превращение теплоты в работу происходит только при наличии разности температур между источниками теплоты и теплоприемниками. При этом вся теплота не может быть превращена в работу. Закон, позволяющий указать направление теплового потока, и устанавливающий максимально возможный предел превращения теплоты в работу в тепловых машинах — 2-й закон термодинамики.
—     Как повлияло открытие закона неубывания энтропии на классический принцип стационарности Вселенной?
Принципиально иную картину Мира рисовала термодинамика: здесь аналогом Вселенной являлся не часовой механизм с бесконечным заводом, а паровой двигатель, в топке которого безвозвратно сгорает топливо. Согласно ВНТ, эта мировая машина постепенно сбавляет обороты, неотвратимо приближаясь к тепловой смерти, а потому ни один момент времени не тождественен предыдущему. События в целом невоспроизводимы, а это означает, что время обладает направленностью, или, согласно выражению А. Эддингтона, существует стрела времени. Осознание принципиального различия между двумя типами процессов – обратимыми, не зависящими от направления времени, и необратимыми, зависящими от него – составляет саму основу термодинамики. Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать первые от вторых: энтропия возрастает только в результате необратимых процессов. При этом, как заключает И. Пригожин, «стрела времени» проявляет себя лишь в сочетании со случайностью: только если система ведет себя достаточно случайным образом, в ее описании возникает реальное различие между прошлым и будущим, и, следовательно, необратимость. Картина Мира становится стохастической – то есть точно предсказать изменения Мира во времени принципиально невозможно, а потому демона Лапласа следует отправить в отставку за полной его бесполезностью.
—     В чем отличие классического термодинамического и молекулярно-кинетического подходов к описанию термодинамических процессов?

—     Нарушаются ли первое или второе начало термодинамики при самопроизвольном переходе системы из хаотичного состояния в упорядоченное?
Первый закон термодинамики — один из самых общих и фундаментальных законов природы. Неизвестно ни одного процесса, где он нарушался бы. Если какой-либо процесс запрещен первым законом, то можно быть уверенным, что этот процесс никогда не произойдет.
Но первый закон ничего не объясняет, в каком направлении происходят процессы. Например, при падении камня вся его кинетическая энергия исчезает при ударе о землю, но при этом увеличивается внутренняя энергия самого камня и окружающих его тел, так что закон сохранения энергии не нарушается. Но первому закону термодинамики не противоречил бы и обратный процесс, при котором к лежащему на земле камню перешло бы от окружающих предметов некоторое количество теплоты, в результате чего камень поднялся бы на некоторую высоту. Однако никто никогда не наблюдал таких самопроизвольно подскакивающих камней.
Разбить яйца и сделать яичницу не сложно, воссоздать же сырые яйца из готовой яичницы — невозможно. Запах из открытого флакона духов наполняет комнату — однако обратно во флакон его не соберешь. И причина такой необратимости процессов, происходящих во Вселенной, кроется во втором начале термодинамики, который, при всей его кажущейся простоте, является одним из самых трудных и часто неверно понимаемых законов классической физики.
Опыт показывает, что разные виды энергии не равноценны в отношении способности превращаться в другие виды энергии.
Второе начало термодинамики имеет несколько формулировок. Формулировка Клаузиуса:невозможен процесс перехода теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой.
Формулировка Томсона: невозможен процесс, результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты, взятой от одного какого-то тела. Эта формулировка накладывает ограничение на превращение внутренней энергии в механическую. Невозможно построить машину (вечный двигатель второго рода), которая совершала бы работу только за счет получения теплоты из окружающей среды.
Формулировка Больцмана: Энтропия — это показатель неупорядоченности системы. Чем выше энтропия, тем хаотичнее движение материальных частиц, составляющих систему. Давайте посмотрим, как она работает, на примере воды. В жидком состоянии вода представляет собой довольно неупорядоченную структуру, поскольку молекулы свободно перемещаются друг относительно друга, и пространственная ориентация у них может быть произвольной. Другое дело лед — в нем молекулы воды упорядочены, будучи включенными в кристаллическую решетку. Формулировка второго начала термодинамики Больцмана, условно говоря, гласит, что лед, растаяв и превратившись в воду (процесс, сопровождающийся снижением степени упорядоченности и повышением энтропии) сам по себе никогда из воды не возродится. Энтропия не может уменьшаться в замкнутых системах — то есть, в системах, не получающих внешней энергетической подпитки. Или, холодильник не работает, если он не включен в розетку! Или, частицы, оказавшись в беспорядочном хаотичном состоянии не возвращаются в порядок самопроизвольно.
7.    Привести в тетради не менее четырех примеров термодинамических процессов, раскрыть происходящие при этом превращения энергии и изменения энтропии.
Пример №1. При температуре 0 °C, вода может находиться в жидком состоянии и при незначительном внешнем воздействии начинает быстро превращаться в лед, выделяя при этом некоторое количество теплоты. При этом температура вещества так и остается 0 °C. Изменяется состояние вещества, сопровождающееся выделением тепла, вследствие изменения структуры.
Пример №2. При комнатной температуре спирт пролили на стол. Спирт в жидком состоянии. Спирт быстро испаряется, что говорит о том, что он отнимает тепло от поверхности. Температура спирта остается постоянной, но при этом происходит изменение агрегатного состояния вещества.
Пример №3. При температуре 100 0С вода начинает кипеть. Если продолжать подводить температуру , то температура жидкости не меняется, просто происходит фазовый переход – из жидкости в пар.
Пример №4. Металл плавится при температуре 1200 0С. Для его плавления подводится температура извне за счет химической реакции горения. Температура металла не изменяется, меняется только его фазовое состояние.
8.    Показать вероятностный характер необратимого возрастания энтропии в каждом из этих примеров.
Всякое состояние макроскопической системы, содержащей большое число частиц, может быть реализовано многими способами. 
Термодинамическая вероятность W состояния системы – это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы, или число микросостояний, осуществляющих данное макросостояние. По определению термодинамическая вероятность W >> 1.
Например, если в сосуде находится 1 моль газа, то возможно огромное число N способов размещения молекулы по двум половинкам сосуда:  где  – число Авогадро. Каждый из них является микросостоянием. Только одно из микросостояний соответствует случаю, когда все молекулы соберутся в одной половинке (например, правой) сосуда. Вероятность такого события практически равна нулю. Наибольшее число микросостояний соответствует равновесному состоянию, при котором молекулы равномерно распределены по всему объему. Поэтому равновесное состояние является наиболее вероятным. С другой стороны равновесное состояние является состоянием наибольшего беспорядка в термодинамической системе и состоянием с максимальной энтропией.
Согласно Больцману, энтропия S системы и термодинамическая вероятность W связаны между собой следующим образом: 
S = k · ln W

где k = 1,38·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана.
Таким образом, энтропия определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное макросостояние. Следовательно, энтропия может рассматриваться как мера вероятности состояния термодинамической системы.
Вероятностная трактовка второго закона термодинамики допускает самопроизвольное отклонение системы от состояния термодинамического равновесия. Такие отклонения называются флуктуациями. В системах, содержащих большое число частиц, значительные отклонения от состояния равновесия имеют чрезвычайно малую вероятность.
9.    Письменно охарактеризовать основные условия возникновения диссипативных самоорганизующихся систем.
Самоорганизующимися процессами называют процессы, при которых возникают более сложные и более совершенные структуры. Это определение позволяет выделить самоорганизацию как один из возможных путей эволюции и отнести этот процесс к условиям, далеким от термодинамического равновесия. Эволюция может приводить и к деградации. Так, в закрытых системах, когда движущая сила процесса — стремление системы к минимуму свободной энергии, достигаемое равновесное состояние является наиболее хаотическим состоянием среды. Если же эволюция системы контролируется минимумом производства энтропии (неравновесные условия), происходит самоорганизация динамических структур, названных диссипативными.
К диссипативным структурам относятся пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения. Диссипативные структуры могут перейти в состояние термодинамического равновесия только путем скачка (в результате неравновесного фазового перехода). Основные их свойства следующие:
они образуются в открытых системах, далеких от термодинамического равновесия, в результате флуктуации до макроскопического уровня;
их самоорганизация происходит в результате экспорта энтропии;
возникновение пространственного или временного порядка аналогично фазовому переходу;
переход в упорядоченное состояние диссипативной системы происходит в результате неустойчивости предыдущего неупорядоченного состояния при критическом значении некоторого параметра, отвечающем точке бифуркации;
в точке бифуркации невозможно предсказать, в каком направлении будет развиваться система, станет ли состояние хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности.
10.   Привести в тетради примеры самоорганизации в неживой и живой природе, показать нелинейный характер этого процесса в каждом случае.
Процессы самоорганизации постоянно происходят как в живой, так и в неживой природе. Рассмотрим некоторые примеры самоорганизации из хаоса упорядоченной структуры. Хорошо известно в гидродинамике явление, которое называется ячейками Бенара. Образование подобных ячеек было обнаружено в 1900 г. физиком Х. Бенаром. Он наливал в широкий сосуд ртуть и подогревал его снизу. Когда разность температур верхнего и нижнего слоев жидкости достигала некоторого значения, верхний слой быстро структурировался в виде шестигранных призм с определенным соотношением между длиной стороны и высотой с направленным движением жидкости по кругу. В центральной части такой призмы жидкость поднималась вверх, а по граням – опускалась. По поверхности жидкость растекалась от центра к краям, а в придонном слое – к центру. Создавалось впечатление, что каждая молекула ртути «знает», что делают остальные и участвует в коллективном движении. На фотографии структура напоминала пчелиные соты.
Другим примером самоорганизации является переход лазера в режим генерации. Лазер – это квантовый генератор электромагнитного излучения. Активной средой рубинового лазера является кристалл розового рубина. В кристалле имеются активные атомы, возбужденные накачкой от внешнего источника, которые испускают цуг волн. До тех пор пока  мощность накачки мала, световые цуги испускаются независимо друг от друга и лазер работает как обычная лампа (испускает некогерентный свет). Начиная с некоторого (порогового) значения мощности накачки, все атомы начинают испускать свет в одной фазе, возникает когерентное излучение высокой интенсивности. Переход лазера в режим генерации соответствует образованию ячеек Бенара. В этом случае также имеет место кооперативное поведение атомов и излучения.
Самоорганизация имеет место и при переходе ламинарного течения жидкости в турбулентное. Режим течения связывают с некоторым безразмерным параметром – числом Рейнольдса, которое равно отношению произведения скорости  на линейный размер L, фигурирующий в задаче, и плотность среды  к вязкости этой среды :
.
Можно привести примеры и из области психологии, политики и экономики. Еще совсем недавно в российских магазинах выстраивались длинные очереди за дефицитным товаром. Если хвост очереди был невелик, товара было достаточно, то и напряжение было невелико. В очереди сохранялся порядок. Любые попытки несознательных граждан обойти порядок (приобрести товар в обход очереди) пресекаются – равновесие в системе устойчиво. Но стоит только продавцу объявить, что товар заканчивается, напряжение в очереди резко возрастает, система переходит в состояние неустойчивого равновесия. Если кто-то теперь попытается приобрести товар вне очереди, то это производит эффект детонатора – порядок оказывается утерянным, очередь разделяется на две группы людей. Одной группе, благодаря физической силе и наглости, достанется все, другая – окажется оттесненной.
Достаточно много примеров самоорганизации можно найти в социальной области. Малое возмущение в виде действия одного человека может разрастаться и влиять на макросоциальные образы поведения и даже приводить к смене макросоциальных структур, особенно если созданы условия для образования положительной обратной связи (в этом случае система сама подбирает условия, способствующие внешнему воздействию). В связи с этим вспомните события, происшедшие в последние годы в политической жизни Грузии, Украины, Таджикистана. В политической структуре общества возможна самоорганизация вплоть до локальных гражданских структур, с предоставлением рядовым гражданам политических и экономических инициатив. Однако многие демократические принципы оказываются социально не эффективными из-за отсутствия на местах самоорганизации. В этом случае развитию социума может угрожать деградация и распад. Поэтому возрастает необходимость понимания роли самоорганизации для повышения оптимальных качеств социума.

Тема 2.6. Химические процессы в макросистемах
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Фаза – совокупность частей макросистемы, однородных по своему составу и отделенных от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы.
Компоненты – вещества, образующие систему, количество которых можно менять независимо друг от друга.
Фаза постоянного состава — чистое твердое или жидкое вещество. Поскольку сжимаемостью твердых и жидкостей можно пренебречь — невозможно изменить концентрацию частиц в фазе.
Фаза переменного состава – любой раствор (твердый, жидкий, газообразный), состоящий из двух и более компонентов. Любое вещество в состоянии «газ».
Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при которых ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества. В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов.
Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии  катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции),  электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п.
Взаимодействие молекул между собой происходит по цепному маршруту: ассоциация — электронная изомеризация — диссоциация, в котором активными частицами являются радикалы, ионы, координационно-ненасыщенные соединения. Скорость химической реакции определяется концентрацией активных частиц и разницей между энергиями связи разрываемой и образуемой.
Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.
В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.
В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.
5.    Ответить на вопросы:
—     Что такое химический элемент и химическое соединение?
Элемент — чистое, неразложимое далее вещество.
Каждое химическое соединение имеет определенный и постоянный состав, не зависящий от способа его получения. Лавуазье и Ж.Пруст установили, что элементы всегда входят в соединение в точно определенных пропорциях.
—     Что такое вещество? В чем различие простых и сложных веществ?
Под веществом в химии понимается субстанция однородного состава, разложимая с помощью определенных воздействий или же неразложимая. Все разнообразие веществ возникает из сложного, но повторяющегося сочетания составных частей – атомов. В природе встречается вещество в одном из трех агрегатных состояний: газ, жидкость, твердое тело.
Простое вещество состоит из атомов одного элемента, сложное из разных атомов элементов.
—     От чего зависят физические и химические свойства химических элементов?
Физические и химические свойства химических элементов зависят от их атомного веса – так писал Менделеев. По сути, физические и химические свойства элементов зависят от положения в таблице Периодического закона, то есть от номера элемента, который показывает заряд ядра, количество электронов в атоме и пр.
—     Что такое валентность? Почему многие химические элементы имеют переменную валентность?
Вале́нтность (от лат. valēns «имеющий силу») — способность атомов  химических элементов образовывать определённое число химических связей  с атомами других элементов.
Переменная валентность у элементов обусловлена строением внешнего электронного слоя соответствующих атомов. 
Существование переменных валентностей является характерным свойством переходных элементов. Вспомним, что некоторые элементы главных групп, например As, Sb, Ge, Sn, Pb и Т1, в своих соединениях имеют либо максимальную валентность группы, либо на две единицы меньше. Степени окисления переходных металлов различаются на единицу. У этих атомов энергии орбиталей, участвующих в образовании соединений, несмотря на то что они принадлежат различным оболочкам, незначительно отличаются по своей величине.
—     Что такое химическая связь? Какие виды химической связи существуют?
Под химической связью понимается результат взаимодействия между атомами, который выражается в создании определенной конфигурации атомов, отличающей один тип молекулы от другого. До создания квантовой механики полагали, что связь атомов обеспечивает особая химическая сила. Квантовая механика объясняет химические явления так: химические связи порождаются взаимодействием электронных оболочек атомов. Перекрытие электронных облаков создает между атомами некоторый отрицательный заряд, который «стягивает» ядра к области перекрытия и удерживает там. Таким образом, химическая связь имеет электромагнитную природу, но она не может быть описана с помощью классической электростатики (закона Кулона). Различают несколько видов химических связей:
Ионная связь возникает, когда один атом отдает другому один или несколько электронов, и каждый атом получает стабильный набор электронов, становясь ионом. Ионы взаимодействуют друг с другом посредством кулоновских сил. Иначе такая связь называется гетерополярной (пример – Na+Cl- ).
Ковалентная связь возникает, когда два атома обобществляют пару электронов – по одному от каждого атома. Если взаимодействующие атомы одинаковы (О-О, Н-Н, N-N), то электронное облако симметрично, и образуется неполярная молекула. Если же атомы разные, то электронное облако будет смещено, т.е. находиться в течение большего времени, с большей вероятностью около более притягивающего ядра (с большим атомным номером). Образуется полярная молекула, и сама связь называется полярной. По виду она близка к ионной, но обусловлена обменными силами и имеет чисто квантовое происхождение.
Металлическая связь также имеет чисто квантовую природу. В металле электроны с внешних оболочек обобществляются во всем объеме вещества, образуя «электронный газ». Этот «газ» связывает между собой положительные ионы.
В живой природе широко распространены водородные связи. Атом Н соединяется ковалентной связью с О или N , при этом происходит смещение электронного облака в сторону О или N (полярная связь). Водородная часть молекулы оказывается положительно заряженной, и к ней притягивается своей отрицательно заряженной частью другая полярная молекула.
Химическая связь устойчива, если энергия молекулы меньше, чем сумма энергий составляющих ее изолированных атомов. Атомы, соединяясь в молекулу, находятся в «потенциальной яме», совершая небольшие тепловые (хаотические) колебания вблизи ее «дна» (положения устойчивого равновесия).
—     Соблюдаются ли в химических реакциях законы сохранения и второе начало термодинамики?
Следствием I начала термодинамики является закон Гесса: тепловой эффект химической реакции (т.е. изменение внутренней энергии системы в результате реакции) зависит только от начального и конечного состояния участвующих в реакции веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Из закона Гесса следует, что с термохимическими уравнениями можно поступать, как с обыкновенными алгебраическими уравнениями. Что при этом происходит с энтропией? Если в экзотермических реакциях ее увеличение довольно очевидно (теплота выделяется в окружающую среду, увеличивая степень ее неупорядоченности), то в случае эндотермической реакции все не так очевидно. Действительно, в систему поступила энергия, использованная на образование новых связей.
Продукты реакции обладают большей энергией, чем исходные. Эта энергия взята из окружающей среды, значит, энтропия окружающей среды также уменьшилась. Не произошло ли нарушение II начала термодинамики? Для ответа на этот вопрос надо учесть еще один факт: возникает беспорядок нового типа, в процессе реакции в сосуде присутствуют одновременно продукты реакции и исходные вещества, т.е. смесь. А энтропия смеси всегда выше, чем энтропия отдельно взятых веществ (качественно это можно понять на примере диффузии: это необратимый процесс, т.к. энтропия возрастает при смешивании веществ).
Расчеты показывают, что возрастание энтропии в результате смешения выше, чем убыль, вызванная упомянутыми причинами. Отметим, что согласно современным представлениям, в реакции участвуют и стенки сосуда, и растворители, и случайные примеси. При расчете баланса энтропии и энергии их также нужно учитывать.
—     Как изменяется энтропия реакционной смеси при достижении химического равновесия?
В этом случае значение энтальпии будет равно значению энтропии при данной температуре:
ΔH = ΔS · T
—     В чем суть и значение принципа ЛеШателье?
Принцип Ле Шателье – Брауна, называемый также принципом смещения равновесия, является общим названием для ряда похожих принципов в химии, термодинамике, электродинамике, теории систем, экономике и в других науках. Существует несколько различных формулировок данного принципа, например:
«Всякая система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, претерпевает в результате изменения одного из параметров термодинамического равновесия такие смещения других её параметров, которые, происходя сами по себе, вызвали бы изменение рассматриваемого параметра в противоположном направлении (то есть возникает некоторое сопротивление системы отклонению от равновесия)».
В другом определении более акцентируется внимание на направление смещения равновесия, чем на реакцию со стороны системы:
«Если на систему, находящуюся в равновесии, производится внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, при котором система как бы вновь восстанавливает своё прежнее состояние».
Значение принципа заключается в том, что он позволяет делать определённые предсказания в отношении эволюции системы, находящейся под внешним воздействием. В химии он используется для увеличения выхода реакции, а в фармакологии – для уточнения условий баланса биологической системы при связи лигандов с рецепторами. В экономике принцип позволяет объяснить равновесие цен в эффективных экономических системах.
6.    Выписать в тетрадь примеры химических соединений с разными видами химических связей.
О2, CI2, I2 – ковалентная неполярная связь
HCI, HF, H2O — ковалентная полярная связь
NaCI, KCI – ионная связь
Fe, Ni, Co – металлическая связь
В молекулах белков (пептидов), спиртов, воды и др. имеется водородная связь.
7.    Составить в тетради схему классификации химических реакций.
Все огромное разнообразие химических реакций можно разделить на группы, руководствуясь каким-либо признаком.
По обратимости: обратимые и необратимые.
По скорости протекания: быстрые и медленные.
Скорость реакции зависит от частоты колебаний атомов в исходных веществах, т.е. в конечном счете от температуры. Особую роль в ускорении реакций играют катализаторы, в замедлении – ингибиторы.
По тепловому эффекту: эндотермические, идущие с поглощением теплоты, и экзотермические, идущие с выделением теплоты.
По исходным веществам и продуктам реакции:
X + Y = Z – реакции соединения,
Z = X + Y – реакции разложения,
X + YZ = XY + Z – реакции замещения,
XY + ZR = XZ + YR – реакции обмена.
8.    Письменно привести пример какой-либо химической реакции, проклассифицировать ее и на ее примере показать соблюдение законов сохранения и второго начала термодинамики.
N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3 + Q, где Q = 92 кДж на 1 моль.
Прямая реакция — экзотермическая, идущая с выделением тепла, а обратная реакция — эндотермическая, требующая поглощения тепла.
9.    Заполнить в тетради табл. 10.
Таблица 10 — Этапы развития химии
Этап развития Границы этапа Краткая характеристика этапа Основные достижения и открытия, их авторы
Предалхимический период До III в.н.э. Теоретический и практический аспекты знаний о веществе развиваются независимо друг от друга Происхождение и свойства веществ рассматривает натурфилософия.
Эмпедокл, Платон и Аристотель
Алхимический период III – XVI вв. Поиск философского камня, считавшегося необходимым для трансмутации металлов Зарождение экспериментальной химии и запаса накопление знаний о веществе.
Период становления (объединения) XVII — XVIII вв. Полная рационализация химии, освобождение от натурфилософских взглядов на элементы как на носители определенных качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод. Химическая революция окончательно придает химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.
Р. Бойль, А. Лавуазье

Период количественных законов (атомно-молекулярной теории) 1789 – 1860 гг. Открытие главных количественных закономерностей химии – стехиометрических законов, формирование атомно-молекулярной теории. Химия превращается в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении.
Д.И. Менделеев, Ньюлендс, Л. Мейер
Период классической химии 1860 — конец XIX в. Стремительное развитие науки: создается периодическая система элементов, теория валентности и химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика и кинетика. Блестящих результатов достигает прикладная неорганическая и органическая химия. В связи с ростом объема знаний о веществе и его свойствах начинается дифференциация химии – выделение её отдельных ветвей, приобретающих черты самостоятельных наук.
А.М.Бутлеров, Ж.Б. Дюма, Кекуле, Купер, Я. Вант-Гофф. А.Вернер и пр.

Тема 2.7. Развитие представлений о строении и эволюции мегамира
3.    Выделить основные понятия темы, найти их в словаре терминов и выписать в тетрадь.
Космос (от греч. hosmos – мир) – термин, идущий из древнегреческой философии для обозначения мира как структурно организованного и упорядоченного целого. Космосом греки называли Мир упорядоченный, прекрасный в своей гармонии в отличие от Хаоса – первозданной сумятицы. Сейчас подкосмосом понимают все находящееся за пределами атмосферы Земли. Иначе космос называют Вселенной (место вселения человека).
Вселенная – окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений. Вселенную в целом изучает астрономия.
Астрономия (от греч. astron – звезда, nomos – наука) – наука о движении, строении, возникновении, развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом.
Основной методполучения астрономических знаний – наблюдение, поскольку, за редким исключением, эксперимент при изучении Вселенной невозможен.
Современная астрономия включает в себя несколько более узких научных дисциплин – астрофизику, астрохимию, радиоастрономию и др. Интенсивно развивается космология – раздел астрономии, тесно связанный с физикой.
Космология (от греч. hosmos – мир и logos – учение) – область науки, в которой изучаются Вселенная как единое целое и космические системы как ее части.
Учитывая древнегреческое значение термина «космос» – «порядок», «гармония», – важно отметить, что космология открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.
Космология близко соприкасается с космогонией (от греч. hosmos – мир, gonos – рождение), разделом астрономии, изучающим происхождение космических объектов и систем. Вместе с тем подход космологии и космогонии к изучаемым явлениям различен – космология изучает закономерности всей Вселенной, а космогония рассматривает конкретные космические тела и системы.
Звезды – гигантские раскаленные самосветящиеся небесные тела.
Планеты – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды.
Спутники (планет) – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет.
Астероиды (или малые планеты) – небольшие холодные небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты.
Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры – несколько километров. У ярких комет при приближении к Солнцу появляется хвост в виде светящейся полосы, длина которого может достигать десятков миллионов километров.
Звезды вместе с их планетными системами и межзвездной средой образуют галактики. 
Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления. 
Звездные скопления – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение. Галактики образуют метагалактику. 
Метагалактика – грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик.
8.    Ответить на вопросы:
—     Как развивались представления о Вселенной? Какие ученые внесли в это наибольший вклад?
C ранних времен человек задумывался об устройстве окружающего его мира как единого целого. И в каждой культуре оно понималось и представлялось по-разному. Так, в Вавилоне жизнь на Земле тесно связывали с движением звезд, а в Китае идеи гармонии переносились на всю Вселенную.
Развитие этих представлений в разных частях света шло по-разному. Но если в Старом Свете накопленные знания и представления в целом никуда не исчезли, лишь передаваясь от одной цивилизации к другой, то о Новом Свете такого сказать нельзя. Виной тому — колонизация  Америки  европейцами, уничтожавшая многие памятники древних культур.
В период Средневековья представление о мире как о едином целом не претерпевает существенных изменений. И тому две причины. Первая — сильное давление ортодоксальных богословов, характерное как для католической Европы, так и для исламского мира. Вторая — наследие прошлого, когда представления о мире строились из неких философских концепций. Необходимо было осознать, что астрономия являлась частью физики.
Первый значительный толчок в сторону современных представлений о Вселенной совершил Коперник. Второй по величине вклад внесли Кеплер и Ньютон. Но, поистине революционные изменения в наших представлениях о Вселенной происходят лишь в XX веке. Даже в начале его некоторые учёные считали, что Млечный Путь — вся Вселенная.
—     Каковы по современным представлениям уровни структурной организации мегамира?
В середине XX в. формулируется концепция горячей Вселенной. Согласно данной концепции, на ранних этапах расширения, вскоре после Большого взрыва, Вселенная была очень горячей: излучение доминировало надвеществом. При расширении температура падала, и с некоторого момента пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое излучение),равномерно заполняет всю Вселенную до сих пор. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 К. HYPERLINK «file:///C:\111\%D0%9A%D0%A1%D0%95\%D0%9C%D0%B8%D1%85%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%20%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BF%D1%86%D0%B8%D0%B8%20%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F.htm» l «n_4» o «К – кельвин, единица измерения температуры. Соотношение между температурой в кельвинах (Г) и температурой, выраженной в градусах Цельсия (t°), следующее: Ф = t° + 273,15.» [4] Открытие реликтового излучения в 1965 г. явилось наблюдательным обоснованием концепции горячей Вселенной. Было выявлено фундаментальное свойство Вселенной – она горячая. Таким образом, в соответствии с моделью, разработанной на основе теории относительности, расширяющаяся Вселенная – однородная, изотропная, нестационарная и горячая
Убедительными аргументами, подтверждающими обоснованность космологической модели расширяющейся Вселенной, являются установленные факты. К числу таких фактов относятся следующие:
♦ расширение Вселенной в соответствии с законом Хаббла;
♦ однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 Мпк;
♦ существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2,7 К.
—     Какие процессы являются источником энергии звезд? Каково значение этих процессов в эволюции химического состава Вселенной?
Солнце по всем признакам является рядовой звездой. Полагают, что возраст Солнца – 4–5 млрд лет. Ближайшие к Солнцу звезды – α-Центавра и Сириус. Скорость движения Солнца вокруг оси Галактики – 250 км/с. Расстояние от Земли до Солнца 8,3 световой минуты или 149,6 млн км. Диаметр Солнца оценивается в 1,4 млн км. Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли, а его объем больше земного в 1 млн 304 тыс. раз. Средняя плотность Солнца выше плотности воды в 1,4 раза. Но плотность вещества распределена неравномерно: внутри Солнца она чрезвычайно высокая, а снаружи – крайне низкая, в сотни раз меньшая, чем воздух.
На основании проведенных исследований сделаны выводы о строении Солнца. Полагают, что Солнце состоит из нескольких слоев – внутренних и внешних. К внутренним слоям относятся ядро, область лучистого переноса энергии и конвективная зона. Внешние слои образует атмосфера.
Ядро находится в центре Солнца. Его радиус составляет 1/3 солнечного радиуса. В ядре сосредоточена большая часть вещества Солнца. Температура вещества в центре Солнца превышает 10 млн К. В условиях сверхдавления и сверхвысокой температуры вещество ядра ионизировано, то есть представляет собой плазму. Частицы плазмы находятся в постоянном движении, скорость которого огромна. Поэтому между частицами непрерывно происходят ядерные реакции, в результате которых из атомов водорода образуются атомы гелия и выделяется большое количество энергии. Например:
1Н2 + 1Н1 = 2Не3
22Не3 = 2Не4 + 21Н1 + энергия.
Водородные ядерные реакции – источник солнечной энергии. За время своего существования Солнце не израсходовало еще и половины запасов водородного ядерного топлива. В течение почти всего этого времени излучение Солнца почти такое же, как и теперь. Так оно и будет светить миллиарды лет, пока в недрах Солнца весь водород не превратится в гелий.
—     Каковы основные гипотезы формирования Солнечной системы, в чем преимущества и недостатки каждой из них?
Небулярная гипотеза Канта-Лапласа. Согласно естественнонаучным взглядам философа И. Канта, орбитальное движение планет возникло «после нецентрального удара частиц как механизма возникновения первичной туманности» (ошибочное предположение, так как движение могло начаться только при косом ударе туманностей). Он считал причинами, противодействующими стремлению к «равновесию», химические процессы внутри Земли, которые зависят от космических сил и проявляются в виде землетрясений и вулканической деятельности (1755 г.).
П. Лаплас – французский ученый-физик, разделяя взгляды Канта в этот же период, исходил из предположения о горячей медленно вращающейся туманности, которая по мере охлаждения сжималась. По закону сохранения момента импульса, при этом росла скорость вращения, и центробежные силы отрывали от нее кольца. Материя в этих кольцах сжималась под действием тяготения, формируя компактные тела.
Приливная, или планетозимальная, гипотеза. В XX в. американские астрофизики Т. Чемберлен и Ф. Мультон рассмотрели идею встречи Солнца со звездой, вызвавшей приливной выброс солнечного вещества (1906 г.), из которого и образовались планеты.
С. Аррениус – американский астрофизик, допустил и прямое столкновение Солнца со звездой (1913 г.). Предполагается, что в результате появилось некое волокно, распавшееся при вращении на части – основу планет.
Еще один американский астрофизик – Дж. Джинс – предположил (1916 г.), что какая-то звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала «приливные выступы», принявшие форму газовых струй, из которых и возникли планеты.
Гипотеза захвата Солнцем межзвездного газа. Ее предположил шведский астрофизик X. Альфен (1942 г.). Атомы газа ионизировались при падении на Солнце и стали двигаться по орбитам в его магнитном поле, поступая в определенные участки экваториальной плоскости.
Академик-астрофизик В. Г. Фесенков (1944 г.) предположил, что образование планет связано с переходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому.
Астроном и математик Дж. Дарвин и математик А. М. Ляпунов (40-е г. XX в.) рассчитали независимо друг от друга фигуры равновесия вращающейся жидкой несжимаемой массы.
Согласно взглядам О. Струве – английского астрофизика (40-е гг. XX в.), быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов. В результате этого образуются газовые кольца и оболочки, а звезда теряет массу и момент количества движения.
Кометная гипотеза происхождения планет Солнечной системы. Эту популярную ныне гипотезу предложил А. А. Маркушевич (1992 г.). Сводится она к следующему. В газопылевой туманности, имеющей вид дискообразного вращающегося облака и состоящей из мелких пылевидных железосиликатных частиц и газов – воды и водорода, при понижении температуры газы намерзали на пылинки, увеличивая их размер. Возникал состав, свойственный составу комет. Частицы сталкивались между собой, большие по объему концентрировались в центре туманности, а меньшие оттеснялись на периферию, дав начало планетам. Шло укрепление и разрастание образующихся тел – астероидов, комет, планет. При образовании планет происходила аккреция (стяжение кометной массы), выделялась теплота, которая разогревала центр сгустка до расплавленного состояния и расслаивала водородную оболочку и железосиликатное ядро, которое позже расслоилось на железоникелевое ядро и силикатную оболочку, не позволявшую рассеиваться теплоте в космическом пространстве. Так планеты приобрели почти сферическую форму. По своим физическим характеристикам планеты Солнечной системы делятся на две группы: планеты земной группы и газовые (или планеты-гиганты).
—     Что, по мнению ученых, ждет Солнце и солнечную систему в целом в будущем?
Будущее нашей галактики в первую очередь зависит от процессов, происходящих на поверхности и в недрах Солнца, так как именно Солнце является основным источником энергии, а также центром гравитационного притяжения. Наше светило представляет собой динамически развивающееся тело, которое с течением времени расширяется (при этом светимость Солнце возрастает), а также перемещается по определенной траектории вокруг центра Галактики.
По предположениям ученых, наше Солнце относится к достаточно молодым звездам – в своем развитии оно не прошло и половины пути. Тем не менее, в недрах звезды происходят необратимые процессы, которые приводят к постоянному росту светимости. Согласно гипотезе ученых, при достижении возраста в 7,5 миллиарда лет, Солнце перейдет в фазу красного гиганта, и его диаметр увеличится в 160 раз (диаметр по своим размерам превысит диаметр орбиты Венеры). Данная фаза продлится несколько десятков миллионов лет, после чего Солнце превратится в белый карлик (при этом его размер уменьшится в 10 раз, а светимость увеличиться в 40 раз).
Фаза белого карлика продлится приблизительно 100-150 миллионов лет, при этом запасы гелия будут активно сокращаться. При истощении запасов гелия и водорода Солнце снова превратится в красного гиганта, а также потеряет свою стабильность (светимость будет то резко возрастать, то понижаться). Все эти процессы будут сопровождаться усилением солнечного ветра. После этого Солнце снова войдет в фазу белого карлика и начнет постепенно остывать. Уровень гравитационного притяжения заметно уменьшится, что приведет к расширению орбит всех планет Солнечной системы. При этом все планеты (в том числе и Земля) будут представлять собой замороженные безжизненные миры).
—     В каком порядке расположены планеты Солнечной системы?
Начиная от Солнца планеты нашей солнечной системы расположены в таком порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.
Крупнейшими после Солнца объектами Солнечной системы являются планеты и их спутники. Общая масса планет составляет 448 масс Земли, а спутников – 0,12 массы Земли. Суммарная масса планет и спутников составляет лишь 1/750 часть массы Солнца. Планеты Солнечной системы достаточно сильно отличаются друг от друга.
Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – называются твердыми планетами, поскольку имеют плотность, в 4–5 раз превышающую плотность воды, и твердую поверхность. Плутон представляет собой несформировавшуюся твердую планету, по своим характеристикам напоминающую планеты первой группы. Кроме того, у Плутона есть спутник Xарон, лишь в два раза меньший Плутона. Наконец, существуют предположения о большой десятой темной планете.
Вторая четверка планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) – газообразные, большие, с плотностью 0,7–1,7 г/см3 (то есть чуть меньше или чуть больше плотности воды). Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы. Вместе со своими 16 спутниками он составляет Солнечную систему в миниатюре. Масса Юпитера в три раза превосходит массу всех остальных планет Солнечной системы.
—     Почему на Земле происходит смена времен года?
На Земле происходит смена времен года. Человек с давних пор искал ответ на вопрос: почему летом тепло и день длиннее ночи, а зимой холодно и дни короче. Мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси (от чего происходит на Земле смена дня и ночи) . Земная ось (воображаемая линия от Северного полюса к Южному) наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 23,5° и направлена всегда в одну точку — на Полярную звезду. Наклонное положение оси Земли сохраняется в течение всего года, поэтому Солнце освещает поверхность Земли по-разному. Часть года Северный полюс повернут к Солнцу, а вторую часть года к Солнцу наклонен Южный полюс. Из-за этого наклона прямые лучи Солнца иногда освещают участок поверхности Земли к северу от экватора, иногда к югу от экватора. Это различие падения солнечных лучей на участке земной поверхности и вызывает смену сезонов в различных районах Земного шара. Когда Северный полюс повернут к Солнцу, в странах к северу от экватора — лето, к югу — зима. Когда прямые солнечные лучи падают на Южное полушарие — здесь наступает лето, а в Северном полушарии — зима.
Самые длинные и самые короткие дни в году называются днями летнего и зимнего солнцестояния (точки 1 и 3). Эти дни выпадают на 22 июня и 22 декабря. Два дня в году — 21 марта и 23 сентября — день равен ночи (точки 2 и 4). Это точки весеннего и осеннего равноденствий. Движение Земли по орбите вокруг Солнца человек мог бы наблюдать, если бы на Солнечную систему смотрел со стороны, например, с какой-нибудь звезды. Находясь на вращающейся Земле, мы наблюдаем видимое движение Солнца и других светил по небу.
9.    Составить в тетради схему эволюции звезд.
Звёзды образуются из облаков пыли и газа, состоящего в основном из водорода и гелия, сжимающихся под действием сил гравитации. При сжатии облака часть энергии гравитации переходит в тепловую, и его центральные области  нагреваются (см. рис. 1). Поэтому, чем больше масса сжимающегося облака, тем больше температура и давление в центральной его части. Если масса сжимающегося облака достаточна (> 8% массы Солнца) для того, чтобы в процессе сжатия внутри него начали происходить термоядерные реакции, то из такого облака рождается протозвезда (от греч. «протос» – первичная). Облака меньшей массы при сжатии образуют небесные тела, называемые коричневыми карликами, которые излучают много тепла, а светятся едва-едва, т.к. температура их поверхности меньше 2500 К.
Сжатие протозвезды со временем останавливается возрастающим давлением в её ядре, и она становится настоящей звездой, принадлежащей «главной последовательности». Чем больше масса протозвезды, тем меньше времени ей требуется, чтобы превратиться в звезду. Протозвёзды с массой, равной массе Солнца тратят на это 30 млн. лет, а с массой в 10 раз меньше (красные карлики) – 100 млн. лет.
В ядре звезды непрерывно идет термоядерная реакция — синтез тяжелых ядер из более лёгких, сопровождающийся выделением энергии. Промежуток времени, в течение которого звёзды стабильны и находятся на «главной последовательности», зависит от их массы. Чем больше масса, тем быстрее исчезают запасы водорода в ядре звезды. У средних по массе звёзд (с массой примерно равной массе Солнца) запасов водорода достаточно на 10 млрд. лет, у меньших (красных карликов) – на 100 млрд. лет, а у звёзд с массой в 10 раз больше, чем у Солнца – лишь несколько десятков млн. лет.
После «сгорания» всего водорода в ядре средней звезды, масса которой меньше 1,2 массы Солнца, оно сжимается и нагревается, а термоядерная реакция продолжается только снаружи ядра, в шаровом слое вокруг него, где раньше не было условий для протекания реакции, и сохранились запасы водорода. Со временем шаровой слой нагревается и достигает гигантских размеров (около сотни радиусов Солнца), отрываясь от ядра. При этом температура внешнего слоя звезды падает, и она по своим характеристикам переходит в область красных гигантов на диаграмме «светимость – температура» (рис. 2). Потом за время порядка 10-100 тыс. лет оболочка гиганта рассеивается в пространство, а оставшееся горячее ядро постепенно остывает и превращается в белого карлика, масса которого сравнима с массой Солнца, а радиус — всего несколько тысяч километров. Поэтому средняя плотность белых карликов часто превышает 109 кг/м3 (тонну на кубический сантиметр!). Термоядерные реакции внутри белого карлика не идут, а светится он за счёт медленного остывания.

Рисунок 1 Рисунок 2
Рисунок 1 – Схема образования протозвезды из облака пыли и газа
Рисунок 2 — Путь эволюции (обозначен синей кривой) звезды, аналогичной Солнцу, проходящий через область гигантов и оканчивающийся в области белых карликов.
Эволюция звёзд, как и протозвёзд, зависит от их массы. Массивные звезды после выгорания водорода в ядре сначала становятся красными сверхгигантами, а потом, когда ядро нагревается достаточно для превращения гелия в углерод, то звезда возвращается на «главную последовательность». Когда исчезает гелий, звезда опять уходит с «главной последовательности» и т. д. При этом, если масса звезды раза в два превышает массу Солнца, то звезда на одном из своих этапах эволюции может потерять устойчивость и взорваться, выбросив из себя синтезированные ядра тяжелых химических элементов. Такие взрывающиеся звёзды называют сверхновыми.
Расчёты показывают, что звёзды, у которых масса 1,5 – 3 раза больше, чем у Солнца не смогут в конце жизни стать белыми карликами. Мощные силы гравитации сожмут электроны и протоны так сильно, что произойдёт «нейтрализация» вещества, и почти вся масса звезды будет заключена в нейтронах. Такую звезду называют нейтронной звездой, и её диаметр может составлять лишь 20-100 км.   
10.   Заполнить в тетради табл. 11.
Таблица 11 — Эры эволюции Вселенной согласно модели Большого взрыва
Название эры Длительность эры Температура и плотность в начале эры Температура и плотность в конце эры Основные события, их значение
Адронная эра 10-7 с Температура 1013 К
Плотность
1017 кг/м3 при 1012-1013 К Температура 1010 К

Появились все четыре фундаментальных взаимодействия, прекратилось свободное существование кварков
Лептонная эра 1с Температура 1010 К

Температура 101 К
Плотность 107 при 109 К Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.
Фотонная эра или эра излучения 1 млн.лет Температура 10 млрд. К
Плотность
1017 кг/м3 при 1012-1013 К Температура 3000 К

На протяжении данного этапа происходило соединение протонов и нейтронов. К концу этого этапа Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало реликтовое излучение. Затем почти 500 тыс. лет не происходило никаких качественных изменений – шло медленное остывание и расширение Вселенной. Когда она остыла до 3000 к, образовалась однородная Вселенная.
Звездная эра Приблизительно 300000 лет до нашего времени

Спустя 1 млрд. лет после образования Вселен ной из случайных уплотнений вещества стали появляться галактики и звезды.
12.   Заполнить в тетради табл. 12.
Геологическая история Земли — последовательность событий в развитии Земли как планеты. Среди этих событий — образование горных пород, возникновение и разрушение форм рельефа, наступания и отступания моря, оледенения, появление и исчезновение видов живых существ. Изучается по слоям горных пород; делится на отрезки согласно геохронологической шкале.
Земля образовалась около 4,54 млрд. лет назад путем аккреции  из  протопланетного диска — дискообразной массы газа и пыли, оставшихся от образования Солнца, которая и дала начало Солнечной системе. Изначально планета была раскалена благодаря остаточному теплу и частым ударам астероидов. Но, в конце концов, её внешний слой остыл и превратился в земную кору. Немного позднее, в результате столкновения по касательной с небесным телом размера Марса и массой около 10 % земной, образовалась Луна. В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Дегазация и вулканическая активность создала первую атмосферу на Земле. Конденсация водяного пара, а также лёд из сталкивающихся с Землёй комет, образовали океаны.
На протяжении сотен миллионов лет поверхность планеты постоянно изменялась, континенты формировались и распадались. Они мигрировали по поверхности, иногда объединяясь и формируя суперконтиненты. Примерно 750 млн.лет назад суперконтинент Родиния, первый из известных, начал распадаться. Позднее, 600-540 миллионов лет назад, континенты сформировали Паннотию, а около 250 млн.лет назад — Пангею, которая распалась около 180 млн.лет назад.
Современная ледниковая эра началась около 40 млн.лет назад. Холод усилился в конце плиоцена. Полярные регионы начали претерпевать повторяющиеся циклы оледенения и таяния с периодом 40-100 тыс. лет. Последняя ледниковая эпоха текущего ледникового периода закончилась около 10 000 лет назад. Датировки границ перечисленных ниже временных интервалов приведены по Международной хроностратиграфической шкале (версия за январь 2013).
Таблица 12 — Геологическая эволюция Земли
Название эры, периода Продолжительность эры, периода Основные события, их значение
Докембрий

Включает три зоны:

— катархей,

— архей

— протерозой
— — карелий
— — рифей Включает около 90 % геологического времени

охватывает первые полмиллиарда лет существования нашей планеты. Его верхнюю границу проводят по 4,0 млрд. лет назад.

от 4,0 до 2,5 млрд. лет назад

2500 ÷ 100
1650 ÷ 50 Продолжался от образования планеты (около 4,6 млрд.лет назад) до начала  кембрийского периода (541 млн.лет назад).
 Рельеф напоминал испещрённую метеоритами поверхность Луны, однако был сглажен из-за сильных и практически непрерывных приливных землетрясений и сложен только монотонно тёмно-серым первичным веществом, покрытым сверху толстым слоем реголита. Никаких вулканов, извергающих на поверхность молодой Земли потоки лавы, фонтаны газов и паров воды в те времена не было, как и не существовало ни гидросферы, ни плотной атмосферы. Те же небольшие количества газов и паров воды, которые выделялись при падении  планетезималей и осколков Протолуны, поглощались пористым реголитом.
В это время на Земле ещё не было кислородной атмосферы, но появились первые анаэробные бактерии, которые сформировали многие ныне существующие залежи полезных ископаемых: серы, графита, железа и никеля.

Развитие низших растений
Появление эукариот, многоклеточных растений и животных
Венд 650-690 ÷ 20 Появление кишечнополостных, членистоногих, иглокожих
Палеозой
— Кембрий

— Ордовик

— Силур

— Девон

— Карбон

— Пермь
570 ÷ 20

490 ÷ 15

435 ÷ 10

400 ÷ 10

345 ÷ 10

280 ÷ 10
Развитие беспозвоночных, появление высших растений
Появление первых позвоночных – бесчелюстных
Выход растений и позвоночных на сушу
Господство рыб, возникновение насекомых и амфибий, появление лесов и папоротников, и плаунов
Распространение лесов, расцвет амфибий, появление летающих насекомых, возникновение амфибий
Появление голосеменных, распространение рептилий
Мезозой
— Триас

— Юра

— Мел
230 ÷ 10

190-195 ÷ 5

135 ÷ 5
Распространение голосеменных, появление млекопитающих
Господство рептилий на суше, в воде и в воздухе. Возникновение покрытосеменных растений и птиц
Развитие цветковых растений, расцвет насекомых, вымирание многих насекомых
Кайнозой
— Палеоген
— Неоген

— Четвертичный
66 ÷ 3
25 ÷ 2

1,8
Расцвет млекопитающих и птиц
Возникновение современных семейств млекопитающих, формирование современной флоры
Развитие рода Homo

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

четырнадцать + семь =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector