Вход
+7 831 235 38 53
Естествознание - готовые работы
Введение
Проблема вирусов в наше время очень актуальна. Она привлекает внимание всё большего числа учёных. С каждым днём появляется всё больше вирусов. Когда вирусы впервые были открыты, никто и не подозревал, что они будут так опасны и им посвятят целую науку. Сейчас тысячи людей заражены такими опасными вирусными заболеваниями как СПИД, рак, но и не только же люди болеют вирусными инфекциями, а и растения, и животные, и об этом надо говорить.
Развитие естествознания необычайно расширило представления человека об окружающем его мире. Мир невидимых живых существ – микроорганизмов, хранит ещё много тайн, познать которые очень важно для человечества.
1 История вирусологии
История вирусологии довольна необычна. Первая вакцина для предупреждения вирусной инфекции – оспы была предложена английским врачом Э. Дженнером в 1796 г., почти за сто лет до открытия вирусов, вторая вакцина – антирабическая была предложена основателем микробиологии Л. Пастером в 1885 г. – за семь лет до открытия вирусов.
Честь открытия вирусов принадлежит нашему соотечественнику Д. И. Ивановскому, который впервые в 1892 г. доказал существование нового типа возбудителя болезней на примере мозаичной болезни табака. Будучи студентом Петербургского университета, он выезжал на Украину и в Бессарабию для изучения причин болезни табака, а затем, после окончания университета, продолжал исследования в Никитинском ботаническом саду под Ялтой. В содержимом пораженного листа он не обнаружил бактерий, однако сок больного растения вызывал поражения здоровых листьев. Д.И. Ивановский профильтровал сок больного растения через свечу Шамберлена, поры которой задерживали мельчайшие бактерии. В результате он обнаружил, что возбудитель проходит даже через такие поры, так как фильтрат продолжал вызывать заболевание листьев табака. Культивирование его на искусственных питательных средах, оказалось невозможным. Д. И. Ивановский приходит к выводу, что возбудитель имеет необычную природу: он фильтруется через бак-териальные фильтры и не способен расти на искусственных питательных средах. Он назвал новый тип возбудителя «фильтрующиеся бактерии».
Опыты Д. И. Ивановского в 1898 г. повторил голландский ученый М. В. Бейеринк, придя, однако, к выводу, что возбудитель табачной мозаики – жидкий живой контагий. Д. И. Ивановский с этим выводом не согласился. К этому времени были опубликованы работы Ф. Леффлера и П. Фроша, показавших, что возбудитель ящура также проходит через бактериальные фильтры. Д. И. Ивановский, анализируя эти данные, пришел к выводу, что агенты ящура и табачной мозаики принципиально сходны. В споре с М. В. Бейеринком прав оказался Д. И. Ивановский [2, стр. 5-7].
Опыты Д. И. Ивановского были положены в основу его диссертации «О двух болезнях табака», представленной в 1888 г., и изложены в книге того же названия, вышедшей в 1892 г. Этот год и считается годом открытия вирусов.
Д. И. Ивановский открыл вирус растений. Ф. Леффлер и П. Фрош от-крыли вирус, поражающий животных. Наконец, в 1917 г. Ф. д’Эррель открыл бактериофаг – вирус, поражающий бактерии. Таким образом, вирусы вызывают болезни растений, животных бактерий.
Слово «вирус» означает яд, оно применялось еще Л. Пастером для обозначения заразного начала. Позже стали применять название «ультравирус» и «фильтрующийся вирус», затем определение отбросили и укоренился термин «вирус».
2 Периоды развития вирусологии
Быстрый прогресс в области вирусологических знаний, обоснованный в значительной мере на достижениях смежных естественных наук, обусловил возможность углубленного познания природы вирусов. Как ни в одной другой науке, в вирусологии прослеживается быстрая и четкая смена уровней познания – от уровня организма до субмолекулярного.
Приведенные периоды развития вирусологии отражают те уровни, которые являлись доминирующими в течение одного – двух десятилетий.
Уровень организма (30-40-е годы XX века). Основной экспериментальной моделью являются лабораторные животные (белые мыши, крысы, кролики, хомяки и т.д), основным модельным вирусом – вирус гриппа.
В 40-е годы в вирусологию в качестве экспериментальной модели прочно входят куриные эмбрионы в связи с их высокой чувствительностью к вирусам гриппа, оспы и некоторым другим. Использование этой модели стало возможным благодаря исследованиям австралийского вирусолога и иммунолога Ф. М. Бернета, автора пособия по вирусологии «Вирус как организм».
Открытие в 1941 г. американским вирусологом Херстом феномена гемагглютинации немало способствовало изучению взаимодействия вируса с клеткой еа модели вируса гриппа и эритроцитов [2, стр. 7-10].
Большим вкладом отечественных вирусологов в медицинскую вирусологию явилось изучение природно-очаговых заболеваний – эпидемических энцефалитов. В 1937 г. была организована первая экспедиция, возглавляемая Л. А. Зильбером, в составе которой были Е. Н. Левкович, А. К. Шубладзе, М. П. Чумаков, В. Д. Соловьев и другие. Благодаря проведенным исследованиям был открыт вирус клещевого энцефалита, выявлены его переносчики - иксодовые клещи, разработаны методы лабораторной диагностики, профилактики и лечения. Советскими вирусологами были изучены вирусные геморрагические лихорадки, разработаны препараты для диагностических и лечебно-профилактических целей.
Уровень клетки (50-е годы). В 1949 г происходит значительное событие в истории вирусологии – открытие возможности культивировать клетки в искусственных условиях. В 1952 г. Дж. Эндерс, Т. Уэллер, Ф. Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культуры клеток. Использование культуры клеток в вирусологии явилось подлинно революционным событием, послужившим основой для выделения многочисленных новых вирусов, их идентификации, клонирования, изучения их взаимодействия с клеткой. Появилась возможность получения культуральных вакцин. Это возможность была доказана на примере вакцины против полиомиелита. В содружестве с американскими вирусологами Дж. Солком и А. Сейбином, советскими вирусологами М. П. Чумаковым, А. А. Смородинцевым и другими была разработана технология производства, апробирована и внедрена в практику убитая и живая вакцины против полиомиелита. В 1959 г. была проведена массовая иммунизация детского населения в СССР (около 15 млн.) живой полиомиелитной вакциной, в результате резко снизилась заболеваемость полиомиелитом и практически исчезли паралитические формы заболевания. В 1963 г. за разработку и внедрение в практику живой полиомиелитной вакцины М. П. Чумакову и А. А. Смородинцеву была присуждена Ленинская премия. Другим важным приложением техники выращивания вирусов явилось получение Дж. Эндерсом и А. А. Смородинцевым живой коревой вакцины, широкое применение которой обусловило значительное снижение заболеваемости корью и является основой для искоренения этой инфекции.
Молекулярный уровень (60-е годы). В вирусологии широко стали ис-пользовать методы молекулярной биологии, а вирусы благодаря простой организации их генома стали распространенной моделью для молекулярной биологии. Ни одно открытие молекулярной биологии не обходится без вирусной модели, включая генетический код, весь механизм внутриклеточной экспрессии генома, репликацию ДНК, созревание информационных РНК и т.д. В свою очередь использование молекулярных методов в вирусологии позволило установить принципы строения вирусных индивидуумов – вирионов, способы проникновения вирусов в клетку и их репродукцию.
Субмолекулярный уровень (70-е годы). Стремительное развитие моле-кулярной биологии открывает возможности изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и белков. Появляются методы секвенирования ДНК, определения аминокислотных последовательностей белка. Получают первые генетические карты геномов ДНК-содержащих вирусов.
В 1970 г. Д. Балтимором и одновременно Г. Теминым и С. Мизутани была открыта обратная транскриптаза в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов, фермент, переписывающий РНК на ДНК. Становится реальным синтез гена с помощью этого фермента на матрице, выделенной из полисом и РНК. Появляется возможность переписать РНК в ДНК и провести ее секвенированиею
В 1972 г. возникает новый раздел молекулярной биологии – генная инженерия. В этом году публикуется сообщение П Берга в США о создании рекомбинантной молекулы ДНК, которое положило начало эре генной инженерии. Появляется возможность получения большого количества нуклеиновых кислот и белков путем введения рекомбинантных ДНК в состав генома прокариот и простых эукариот. Одним из основных практических приложений нового метода является получение дешевых препаратов белков, имеющих значение в медицине и сельском хозяйстве.
Этот период характеризуется важным открытием в области медицин-ской вирусологии. В фокусе изучения – три наиболее массовых болезни, наносящих огромный ущерб здоровью людей и народному хозяйству, - грипп, рак, гепатит.
Установлены причины регулярно повторяющихся пандемий гриппа. Детально изучены вирусы рака животных, установлена структура их генома и идентифицирован ген, ответственный за злокачественную трансформацию клеток – онкоген. Установлено, что причиной гепатитов А и В являются разные вирусы: гепатит А вызывает РНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству пикорнавирусов, а гепатит В – ДНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству гепаднавирусов. В 1976 г. Г. Бламберг, исследуя антигены крови у аборигенов Австралии, обнаружил так называемый австралийский антиген, который он принял за один из антигенов крови. Позже было выявлено, что этот антиген является антигеном гепатита В, носительство которого распространено во всех странах мира. За открытие австралийского антигена Г. Бламбергу в 1976 г. была присуждена Нобелевская премия [2, стр. 9].
Другая Нобелевская премия в 1976 г. была присуждена американскому ученому К. Гайдушеку, который установил вирусную этиологию одной из медленных инфекций человека – куру, наблюдающейся в одном из туземных племен на острове Новая Гвинея и связанной с ритуальным обрядом - поеданием зараженного мозга умерших родственников. Благодаря усилиям К. Гайдушека, поселившегося на острове Новая Гвинея, эта традиция была искоренена и число больных резко сократилось.
Проблема вирусов в наше время очень актуальна. Она привлекает внимание всё большего числа учёных. С каждым днём появляется всё больше вирусов. Когда вирусы впервые были открыты, никто и не подозревал, что они будут так опасны и им посвятят целую науку. Сейчас тысячи людей заражены такими опасными вирусными заболеваниями как СПИД, рак, но и не только же люди болеют вирусными инфекциями, а и растения, и животные, и об этом надо говорить.
Развитие естествознания необычайно расширило представления человека об окружающем его мире. Мир невидимых живых существ – микроорганизмов, хранит ещё много тайн, познать которые очень важно для человечества.
1 История вирусологии
История вирусологии довольна необычна. Первая вакцина для предупреждения вирусной инфекции – оспы была предложена английским врачом Э. Дженнером в 1796 г., почти за сто лет до открытия вирусов, вторая вакцина – антирабическая была предложена основателем микробиологии Л. Пастером в 1885 г. – за семь лет до открытия вирусов.
Честь открытия вирусов принадлежит нашему соотечественнику Д. И. Ивановскому, который впервые в 1892 г. доказал существование нового типа возбудителя болезней на примере мозаичной болезни табака. Будучи студентом Петербургского университета, он выезжал на Украину и в Бессарабию для изучения причин болезни табака, а затем, после окончания университета, продолжал исследования в Никитинском ботаническом саду под Ялтой. В содержимом пораженного листа он не обнаружил бактерий, однако сок больного растения вызывал поражения здоровых листьев. Д.И. Ивановский профильтровал сок больного растения через свечу Шамберлена, поры которой задерживали мельчайшие бактерии. В результате он обнаружил, что возбудитель проходит даже через такие поры, так как фильтрат продолжал вызывать заболевание листьев табака. Культивирование его на искусственных питательных средах, оказалось невозможным. Д. И. Ивановский приходит к выводу, что возбудитель имеет необычную природу: он фильтруется через бак-териальные фильтры и не способен расти на искусственных питательных средах. Он назвал новый тип возбудителя «фильтрующиеся бактерии».
Опыты Д. И. Ивановского в 1898 г. повторил голландский ученый М. В. Бейеринк, придя, однако, к выводу, что возбудитель табачной мозаики – жидкий живой контагий. Д. И. Ивановский с этим выводом не согласился. К этому времени были опубликованы работы Ф. Леффлера и П. Фроша, показавших, что возбудитель ящура также проходит через бактериальные фильтры. Д. И. Ивановский, анализируя эти данные, пришел к выводу, что агенты ящура и табачной мозаики принципиально сходны. В споре с М. В. Бейеринком прав оказался Д. И. Ивановский [2, стр. 5-7].
Опыты Д. И. Ивановского были положены в основу его диссертации «О двух болезнях табака», представленной в 1888 г., и изложены в книге того же названия, вышедшей в 1892 г. Этот год и считается годом открытия вирусов.
Д. И. Ивановский открыл вирус растений. Ф. Леффлер и П. Фрош от-крыли вирус, поражающий животных. Наконец, в 1917 г. Ф. д’Эррель открыл бактериофаг – вирус, поражающий бактерии. Таким образом, вирусы вызывают болезни растений, животных бактерий.
Слово «вирус» означает яд, оно применялось еще Л. Пастером для обозначения заразного начала. Позже стали применять название «ультравирус» и «фильтрующийся вирус», затем определение отбросили и укоренился термин «вирус».
2 Периоды развития вирусологии
Быстрый прогресс в области вирусологических знаний, обоснованный в значительной мере на достижениях смежных естественных наук, обусловил возможность углубленного познания природы вирусов. Как ни в одной другой науке, в вирусологии прослеживается быстрая и четкая смена уровней познания – от уровня организма до субмолекулярного.
Приведенные периоды развития вирусологии отражают те уровни, которые являлись доминирующими в течение одного – двух десятилетий.
Уровень организма (30-40-е годы XX века). Основной экспериментальной моделью являются лабораторные животные (белые мыши, крысы, кролики, хомяки и т.д), основным модельным вирусом – вирус гриппа.
В 40-е годы в вирусологию в качестве экспериментальной модели прочно входят куриные эмбрионы в связи с их высокой чувствительностью к вирусам гриппа, оспы и некоторым другим. Использование этой модели стало возможным благодаря исследованиям австралийского вирусолога и иммунолога Ф. М. Бернета, автора пособия по вирусологии «Вирус как организм».
Открытие в 1941 г. американским вирусологом Херстом феномена гемагглютинации немало способствовало изучению взаимодействия вируса с клеткой еа модели вируса гриппа и эритроцитов [2, стр. 7-10].
Большим вкладом отечественных вирусологов в медицинскую вирусологию явилось изучение природно-очаговых заболеваний – эпидемических энцефалитов. В 1937 г. была организована первая экспедиция, возглавляемая Л. А. Зильбером, в составе которой были Е. Н. Левкович, А. К. Шубладзе, М. П. Чумаков, В. Д. Соловьев и другие. Благодаря проведенным исследованиям был открыт вирус клещевого энцефалита, выявлены его переносчики - иксодовые клещи, разработаны методы лабораторной диагностики, профилактики и лечения. Советскими вирусологами были изучены вирусные геморрагические лихорадки, разработаны препараты для диагностических и лечебно-профилактических целей.
Уровень клетки (50-е годы). В 1949 г происходит значительное событие в истории вирусологии – открытие возможности культивировать клетки в искусственных условиях. В 1952 г. Дж. Эндерс, Т. Уэллер, Ф. Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культуры клеток. Использование культуры клеток в вирусологии явилось подлинно революционным событием, послужившим основой для выделения многочисленных новых вирусов, их идентификации, клонирования, изучения их взаимодействия с клеткой. Появилась возможность получения культуральных вакцин. Это возможность была доказана на примере вакцины против полиомиелита. В содружестве с американскими вирусологами Дж. Солком и А. Сейбином, советскими вирусологами М. П. Чумаковым, А. А. Смородинцевым и другими была разработана технология производства, апробирована и внедрена в практику убитая и живая вакцины против полиомиелита. В 1959 г. была проведена массовая иммунизация детского населения в СССР (около 15 млн.) живой полиомиелитной вакциной, в результате резко снизилась заболеваемость полиомиелитом и практически исчезли паралитические формы заболевания. В 1963 г. за разработку и внедрение в практику живой полиомиелитной вакцины М. П. Чумакову и А. А. Смородинцеву была присуждена Ленинская премия. Другим важным приложением техники выращивания вирусов явилось получение Дж. Эндерсом и А. А. Смородинцевым живой коревой вакцины, широкое применение которой обусловило значительное снижение заболеваемости корью и является основой для искоренения этой инфекции.
Молекулярный уровень (60-е годы). В вирусологии широко стали ис-пользовать методы молекулярной биологии, а вирусы благодаря простой организации их генома стали распространенной моделью для молекулярной биологии. Ни одно открытие молекулярной биологии не обходится без вирусной модели, включая генетический код, весь механизм внутриклеточной экспрессии генома, репликацию ДНК, созревание информационных РНК и т.д. В свою очередь использование молекулярных методов в вирусологии позволило установить принципы строения вирусных индивидуумов – вирионов, способы проникновения вирусов в клетку и их репродукцию.
Субмолекулярный уровень (70-е годы). Стремительное развитие моле-кулярной биологии открывает возможности изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и белков. Появляются методы секвенирования ДНК, определения аминокислотных последовательностей белка. Получают первые генетические карты геномов ДНК-содержащих вирусов.
В 1970 г. Д. Балтимором и одновременно Г. Теминым и С. Мизутани была открыта обратная транскриптаза в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов, фермент, переписывающий РНК на ДНК. Становится реальным синтез гена с помощью этого фермента на матрице, выделенной из полисом и РНК. Появляется возможность переписать РНК в ДНК и провести ее секвенированиею
В 1972 г. возникает новый раздел молекулярной биологии – генная инженерия. В этом году публикуется сообщение П Берга в США о создании рекомбинантной молекулы ДНК, которое положило начало эре генной инженерии. Появляется возможность получения большого количества нуклеиновых кислот и белков путем введения рекомбинантных ДНК в состав генома прокариот и простых эукариот. Одним из основных практических приложений нового метода является получение дешевых препаратов белков, имеющих значение в медицине и сельском хозяйстве.
Этот период характеризуется важным открытием в области медицин-ской вирусологии. В фокусе изучения – три наиболее массовых болезни, наносящих огромный ущерб здоровью людей и народному хозяйству, - грипп, рак, гепатит.
Установлены причины регулярно повторяющихся пандемий гриппа. Детально изучены вирусы рака животных, установлена структура их генома и идентифицирован ген, ответственный за злокачественную трансформацию клеток – онкоген. Установлено, что причиной гепатитов А и В являются разные вирусы: гепатит А вызывает РНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству пикорнавирусов, а гепатит В – ДНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству гепаднавирусов. В 1976 г. Г. Бламберг, исследуя антигены крови у аборигенов Австралии, обнаружил так называемый австралийский антиген, который он принял за один из антигенов крови. Позже было выявлено, что этот антиген является антигеном гепатита В, носительство которого распространено во всех странах мира. За открытие австралийского антигена Г. Бламбергу в 1976 г. была присуждена Нобелевская премия [2, стр. 9].
Другая Нобелевская премия в 1976 г. была присуждена американскому ученому К. Гайдушеку, который установил вирусную этиологию одной из медленных инфекций человека – куру, наблюдающейся в одном из туземных племен на острове Новая Гвинея и связанной с ритуальным обрядом - поеданием зараженного мозга умерших родственников. Благодаря усилиям К. Гайдушека, поселившегося на острове Новая Гвинея, эта традиция была искоренена и число больных резко сократилось.
Введение
Возраст Солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что час¬тицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из сили¬катов, в состав которых входит кремний. Конденсировались также присутствовавшие газы, образуя органические соединения, в со¬став которых входит углерод. Затем образовались углеводороды и соединения азота.
Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее изве¬стна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предпо¬ложения, что некогда Солнце обладало очень сильным электро¬магнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в «ловушки» из магнит¬ных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло вращательный момент, передавая его газовому облаку.
Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что ато¬мы наиболее легких элементов должны были ионизироваться бли¬же к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, бли¬жайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчай¬ших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из желе¬за и никеля. Наблюдения говорят об обратном.
Чтобы преодолеть это противоречие, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность стано¬вилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент коли¬чества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.
Известна также гипотеза образования планет Солнечной систе¬мы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, пред¬ложенная Отто Юльевичем Шмидтом.
Солнечная система состоит из девяти планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все пла¬неты движутся в одном направлении, в единой плоскости по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км.
Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кра¬теры вулканического происхождения.
Возраст Солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что час¬тицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из сили¬катов, в состав которых входит кремний. Конденсировались также присутствовавшие газы, образуя органические соединения, в со¬став которых входит углерод. Затем образовались углеводороды и соединения азота.
Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее изве¬стна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предпо¬ложения, что некогда Солнце обладало очень сильным электро¬магнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в «ловушки» из магнит¬ных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло вращательный момент, передавая его газовому облаку.
Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что ато¬мы наиболее легких элементов должны были ионизироваться бли¬же к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, бли¬жайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчай¬ших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из желе¬за и никеля. Наблюдения говорят об обратном.
Чтобы преодолеть это противоречие, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность стано¬вилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент коли¬чества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.
Известна также гипотеза образования планет Солнечной систе¬мы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, пред¬ложенная Отто Юльевичем Шмидтом.
Солнечная система состоит из девяти планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все пла¬неты движутся в одном направлении, в единой плоскости по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км.
Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кра¬теры вулканического происхождения.
ВВЕДЕНИЕ
Радиация - термин, которому соответствует русское слово излучение. В научной литературе термин "радиация" используется в более узком смысле, когда речь идёт лишь об ионизирующих излучениях, которые обладают способностью производить ионизацию в веществе. Взаимодействуя с атомами и молекулами вещества, радиация превращает эти частицы в электрически заряженные (ионы).
Изучение других видов, например, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны, не способны создавать ионы при взаимодействии с веществом. Их называют неионизирующими излучениями.
Когда токсичные вещества, результат человеческой деятельности, попадают в биотическую (почва, воздух, вода) или биотическую среду (флора, фауна, человек), можно говорить о загрязнении. Оно начинается с началом вмешательства человека в природу.
Одной из важнейших проблем экологии, проблеме радиационного загрязнения посвящена моя работа. Эта проблема стала особенно актуальна в 2001 году. Именно в этом году Государственная Дума окончательно приняла закон, разрешающий ввоз отработанного ядерного топлива в Россию, именно сейчас определяется будущее наших детей.
Экология - слово, которое 10 лет назад мало кто знал, и слово которое сейчас у всех на устах. Но, наверное, мало кто знает, что в действительности значит истинное значение этого слова.
В конце 80-х годов ХIХ столетия экология сформировалась как самостоятельная биологическая дисциплина и оставалась такой до 50-х годов ХХ столетия. К наиболее выдающимся экологам этого периода принадлежат такие зарубежные ученные, как Г. Бердон-Сандерсон, У. Элтон и А Тенсли (Англия), С. Форбс и В. Шелфорд (США), а также отечественные - Д. Кашкаров, А. Парамонов, В. Вернадский, С. Северцев, В. Сукачев. Среди выдающихся экологов более поздних времен следует назвать Ю. Одума, Б. Коммонера, Д. Медоуза, Р. Риклефса, Р. Дажо, В. Ковду, М. Будико, М. Реймерса, С. Шварца, Ю.В. Новикова, Ю. Израэля, О. Яблокова, В. Горшкова, К. Лосева, К. Кондратьева. Методы исследований современной экологии очень разнообразны.
Цель и задачи исследования вытекают из актуальности и степени научной разработанности проблемы.
Целью реферата выступает комплексный теоретический анализ проблемы радиационного воздействия на биосферу.
В рамках поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- провести всесторонний анализ радиационного воздействия на биосферу и степень разработанности данной проблемы;
- проанализировать состояние радиационной обстановки в России.
- выявить основные направления предотвращения и уменьшения радиационного воздействия на окружающую среду атомных станций.
Объект и предмет исследования определяются тематикой работы, ее целью и задачами.
Методологической основой исследования является диалектический метод. В ходе исследования использовались обще- и частнонаучные, а также специальные методы познания.
Радиация - термин, которому соответствует русское слово излучение. В научной литературе термин "радиация" используется в более узком смысле, когда речь идёт лишь об ионизирующих излучениях, которые обладают способностью производить ионизацию в веществе. Взаимодействуя с атомами и молекулами вещества, радиация превращает эти частицы в электрически заряженные (ионы).
Изучение других видов, например, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны, не способны создавать ионы при взаимодействии с веществом. Их называют неионизирующими излучениями.
Когда токсичные вещества, результат человеческой деятельности, попадают в биотическую (почва, воздух, вода) или биотическую среду (флора, фауна, человек), можно говорить о загрязнении. Оно начинается с началом вмешательства человека в природу.
Одной из важнейших проблем экологии, проблеме радиационного загрязнения посвящена моя работа. Эта проблема стала особенно актуальна в 2001 году. Именно в этом году Государственная Дума окончательно приняла закон, разрешающий ввоз отработанного ядерного топлива в Россию, именно сейчас определяется будущее наших детей.
Экология - слово, которое 10 лет назад мало кто знал, и слово которое сейчас у всех на устах. Но, наверное, мало кто знает, что в действительности значит истинное значение этого слова.
В конце 80-х годов ХIХ столетия экология сформировалась как самостоятельная биологическая дисциплина и оставалась такой до 50-х годов ХХ столетия. К наиболее выдающимся экологам этого периода принадлежат такие зарубежные ученные, как Г. Бердон-Сандерсон, У. Элтон и А Тенсли (Англия), С. Форбс и В. Шелфорд (США), а также отечественные - Д. Кашкаров, А. Парамонов, В. Вернадский, С. Северцев, В. Сукачев. Среди выдающихся экологов более поздних времен следует назвать Ю. Одума, Б. Коммонера, Д. Медоуза, Р. Риклефса, Р. Дажо, В. Ковду, М. Будико, М. Реймерса, С. Шварца, Ю.В. Новикова, Ю. Израэля, О. Яблокова, В. Горшкова, К. Лосева, К. Кондратьева. Методы исследований современной экологии очень разнообразны.
Цель и задачи исследования вытекают из актуальности и степени научной разработанности проблемы.
Целью реферата выступает комплексный теоретический анализ проблемы радиационного воздействия на биосферу.
В рамках поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- провести всесторонний анализ радиационного воздействия на биосферу и степень разработанности данной проблемы;
- проанализировать состояние радиационной обстановки в России.
- выявить основные направления предотвращения и уменьшения радиационного воздействия на окружающую среду атомных станций.
Объект и предмет исследования определяются тематикой работы, ее целью и задачами.
Методологической основой исследования является диалектический метод. В ходе исследования использовались обще- и частнонаучные, а также специальные методы познания.
Вопрос №1: Определение научно-технической революции (НТР) и её воздействие на жизнь общества и мировоззрения людей
Научный и технический прогресс впервые начали сближаться в 16-18 веках, когда мануфактурное производство, нужды мореплавания и торговли потребовали теоретического и экспериментального решения практических задач. Более конкретные формы это сближение приняло, начиная с конца 18 века, в связи с развитием машинного производства, что было обусловлено изобретением Д. Уаттом парового двигателя. Наука и техника начали взаимно стимулировать друг друга, активно влияя на все стороны жизни общества, радикально преобразуя не только материальную, но и духовную жизнь людей.
Научно-техническая революция (НТР) - это качественно новый этап научно-технического прогресса. НТР привела к коренному преобразованию производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития производства. Начавшись в середине двадцатого века под влиянием крупнейших научных и технических открытий, возросшего взаимодействия науки с техникой и производством (к примеру, значительное продвижение в изучении структуры и свойств атомных ядер привело в 1954 году к созданию первой промышленной атомной электростанции в г. Обнинске), она оказала значительное влияние на все стороны жизни общества.
Главные направления НТР: комплексная автоматизация производства, контроля и управления на основе широкого применения ЭВМ (сегодня уже никого не удивишь компьютером, а между тем лет 30 назад они привлекали всеобщее внимание); открытие и применение новых видов энергии (начиная от строительства атомных, геотермальных и приливных электростанций и кончая новейшими разработками в области использования энергии ветра, солнца и магнитного поля Земли); создание и применение новых видов конструкционных материалов (взглянув вокруг, мы можем увидеть, что различные пластики активно вытесняют металл и древесину). Резко возросли требования к уровню образования, квалификации и организованности работников. Об этом свидетельствуют следующие факты: численность ученых в мире удваивается каждые 10-15 лет; в настоящее время в вузах обучается 70 миллионов студентов.
В результате НТР, по оценкам экспертов, в США до 68% роста ВНП в 1945-1970 годах объясняется ростом производительности труда и лишь 32% - ростом трудозатрат. Следствием этого явилось повышение темпов экономического роста. Во многом именно благодаря этому фактору на западе смогли построить так называемое государство благоденствия, когда при сохранении демократических прав и свобод и рыночной экономики гражданам гарантируется определенный уровень социального обеспечения и благосостояния. Во многих капиталистических странах мира это привело к росту роли государства, которое по мнению, сформировавшемуся в обществе, после войны должно взять заботу о своих нуждающихся гражданах на себя.
Научный и технический прогресс впервые начали сближаться в 16-18 веках, когда мануфактурное производство, нужды мореплавания и торговли потребовали теоретического и экспериментального решения практических задач. Более конкретные формы это сближение приняло, начиная с конца 18 века, в связи с развитием машинного производства, что было обусловлено изобретением Д. Уаттом парового двигателя. Наука и техника начали взаимно стимулировать друг друга, активно влияя на все стороны жизни общества, радикально преобразуя не только материальную, но и духовную жизнь людей.
Научно-техническая революция (НТР) - это качественно новый этап научно-технического прогресса. НТР привела к коренному преобразованию производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития производства. Начавшись в середине двадцатого века под влиянием крупнейших научных и технических открытий, возросшего взаимодействия науки с техникой и производством (к примеру, значительное продвижение в изучении структуры и свойств атомных ядер привело в 1954 году к созданию первой промышленной атомной электростанции в г. Обнинске), она оказала значительное влияние на все стороны жизни общества.
Главные направления НТР: комплексная автоматизация производства, контроля и управления на основе широкого применения ЭВМ (сегодня уже никого не удивишь компьютером, а между тем лет 30 назад они привлекали всеобщее внимание); открытие и применение новых видов энергии (начиная от строительства атомных, геотермальных и приливных электростанций и кончая новейшими разработками в области использования энергии ветра, солнца и магнитного поля Земли); создание и применение новых видов конструкционных материалов (взглянув вокруг, мы можем увидеть, что различные пластики активно вытесняют металл и древесину). Резко возросли требования к уровню образования, квалификации и организованности работников. Об этом свидетельствуют следующие факты: численность ученых в мире удваивается каждые 10-15 лет; в настоящее время в вузах обучается 70 миллионов студентов.
В результате НТР, по оценкам экспертов, в США до 68% роста ВНП в 1945-1970 годах объясняется ростом производительности труда и лишь 32% - ростом трудозатрат. Следствием этого явилось повышение темпов экономического роста. Во многом именно благодаря этому фактору на западе смогли построить так называемое государство благоденствия, когда при сохранении демократических прав и свобод и рыночной экономики гражданам гарантируется определенный уровень социального обеспечения и благосостояния. Во многих капиталистических странах мира это привело к росту роли государства, которое по мнению, сформировавшемуся в обществе, после войны должно взять заботу о своих нуждающихся гражданах на себя.
Рассмотрим основные концепции теории самоорганизации [4, 5]:
1. Самоорганизация характерна только для открытых систем, характеризуемых интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой и её окружением.
2. Самоорганизующиеся системы — нелинейные, т.е. они способны к самодействию. Самодействие приводит к тому, что малые воздействия на систему могут приводить к очень большим последствиям, а большие — к совершенно незначительным.
3. Самоорганизующиеся системы — неустойчивые.
3. Процесс самоорганизации характеризуется возрастанием порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды.
4. Результатом самоорганизации становится возникновение объектов, более сложных в информационном смысле, чем элементы среды, из которых они возникают.
5.Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.
6. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности наряду с процессами противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс).
Хотя в природе все системы в той или иной степени открыты, исторически первой классической идеализацией была модель замкнутой, изолированной системы, не взаимодействующей с другими телами. Важно отметить, что любую систему можно с заданной точностью считать замкнутой достаточно малое время, тем меньшее, чем больше открыта система. И если это время существенно больше времени наблюдения за системой, то такая модель оправдана. Например, наша Земля — это, с хорошей точностью, изолированный, свободный волчок, вращающийся вокруг Солнца. Но неучтённое при этом взаимодействие с Луной приводит к очень слабому замедлению скорости вращения волчка, а взаимодействие с Солнцем — к медленному повороту оси волчка (прецессии) с периодом около 25 тысяч лет [3].
Для замкнутой системы справедливы фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса), радикально упрощающие описание простых систем. Но самое лавное: в замкнутых системах с очень большим числом частиц справедлив второй закон термодинамики, согласно которому энтропия S (мера хаоса) со временем возрастает. По достижении максимума энтропии все макроскопические процессы в такой системе прекращаются и система переходит в состояние теплового равновесия. Все макроскопические процессы в этом состоянии прекращаются. С точки зрения внутренней структуры система из упорядоченного состояния переходит в полностью неупорядоченное. Причём с макроскопической точки зрения этот процесс необратим. Т.е. термодинамика замкнутых систем доказала практическую невозможность макроскопической самоорганизации (спонтанного возникновения порядка из хаоса) замкнутых системах. Если хаос в замкнутой системе не может убывать, а может только возрастать, то порядок обязан исчезнуть. Следовательно, замкнутая Вселенная идёт к хаосу — так называемой тепловой смерти, когда всё вещество превратится в излучение [1, 3].
Но все живые организмы и сама по себе человеческая цивилизация — открытые системы. Они создают порядок в себе и вокруг себя за счёт увеличения общего беспорядка, энтропии планеты. Для подобных открытых систем, потребляющих вещество и энергию, второе начало термодинамики неприменимо, их энтропия может уменьшаться [1, 3].
Именно открытость позволяет живым системам эволюционировать от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняясь только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями.
1. Самоорганизация характерна только для открытых систем, характеризуемых интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой и её окружением.
2. Самоорганизующиеся системы — нелинейные, т.е. они способны к самодействию. Самодействие приводит к тому, что малые воздействия на систему могут приводить к очень большим последствиям, а большие — к совершенно незначительным.
3. Самоорганизующиеся системы — неустойчивые.
3. Процесс самоорганизации характеризуется возрастанием порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды.
4. Результатом самоорганизации становится возникновение объектов, более сложных в информационном смысле, чем элементы среды, из которых они возникают.
5.Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.
6. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности наряду с процессами противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс).
Хотя в природе все системы в той или иной степени открыты, исторически первой классической идеализацией была модель замкнутой, изолированной системы, не взаимодействующей с другими телами. Важно отметить, что любую систему можно с заданной точностью считать замкнутой достаточно малое время, тем меньшее, чем больше открыта система. И если это время существенно больше времени наблюдения за системой, то такая модель оправдана. Например, наша Земля — это, с хорошей точностью, изолированный, свободный волчок, вращающийся вокруг Солнца. Но неучтённое при этом взаимодействие с Луной приводит к очень слабому замедлению скорости вращения волчка, а взаимодействие с Солнцем — к медленному повороту оси волчка (прецессии) с периодом около 25 тысяч лет [3].
Для замкнутой системы справедливы фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса), радикально упрощающие описание простых систем. Но самое лавное: в замкнутых системах с очень большим числом частиц справедлив второй закон термодинамики, согласно которому энтропия S (мера хаоса) со временем возрастает. По достижении максимума энтропии все макроскопические процессы в такой системе прекращаются и система переходит в состояние теплового равновесия. Все макроскопические процессы в этом состоянии прекращаются. С точки зрения внутренней структуры система из упорядоченного состояния переходит в полностью неупорядоченное. Причём с макроскопической точки зрения этот процесс необратим. Т.е. термодинамика замкнутых систем доказала практическую невозможность макроскопической самоорганизации (спонтанного возникновения порядка из хаоса) замкнутых системах. Если хаос в замкнутой системе не может убывать, а может только возрастать, то порядок обязан исчезнуть. Следовательно, замкнутая Вселенная идёт к хаосу — так называемой тепловой смерти, когда всё вещество превратится в излучение [1, 3].
Но все живые организмы и сама по себе человеческая цивилизация — открытые системы. Они создают порядок в себе и вокруг себя за счёт увеличения общего беспорядка, энтропии планеты. Для подобных открытых систем, потребляющих вещество и энергию, второе начало термодинамики неприменимо, их энтропия может уменьшаться [1, 3].
Именно открытость позволяет живым системам эволюционировать от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняясь только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями.
Введение
Вопрос о возникновении и развитии Вселенной был предметом научного поиска для многих поколений ученых. В истории науки существовало множество гипотез, отвечающих на этот вопрос. Современное естествознание объясняет возникновение Вселенной с помощью концепции Большого взрыва, впервые предложенной известным физиком Г. Гамовым в 1948 г. Основные черты этой модели сохранились до сих пор, хотя и были позже дополнены теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П, Стейнхардтом и дополненной советским физиком А.Д. Линде. Также нужно отметить, что для описания эволюции Вселенной были использованы метод глобального эволюционизма и концепция самоорганизации материи.
Исследуя проблему происхождения Вселенной, известный американский астроном Карл Саган построил образную модель ее эволюции; в которой космический год равен 15 млрд земных лет, а 1 секунда — 500 годам. В таком случае эволюция Вселенной будет выглядеть так:
Большой взрыв 1 января 0 ч 0 мин
Образование галактик 10 января
Образование Солнечной системы 9 сентября
Образование Земли 14 сентября
Возникновение жизни на Земле 25 сентября
Океанский планктон 18 декабря
Первые рыбы 19 декабря
Первые динозавры 24 декабря
Первые млекопитающие 26 декабря
Первые птицы 27 декабря
Первые приматы 29 декабря
Первые гоминиды 30 декабря
Первые люди 31 декабря в 22 часа 30 минут
Цель данного реферата – рассмотреть рождение и эволюцию Вселенной, для того, чтобы наиболее полно раскрыть эту тему, я отразила следующие вопросы: рождение Вселенной, ранний этап ее эволюции, структурная самоорганизация Вселенной и образование солнечной системы.
1. Рождение Вселенной
1.1 Сингулярность – начало нашей Вселенной?
Примерно 15 млрд лет отделяет пашу эпоху начало нашей от начала процесса расширения Вселенной, когда вся наблюдаемая нами Вселенная была сжата в комочек, в миллиарды раз меньший булавочной головки. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был и вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью (точечный объем с бесконечной плотностью). Известные законы физики в сингулярности не работают. Более того, нет уверенности, что наука когда - либо познает и объяснит такое состояние вещества. Так что если сингулярность и является начальным простейшим состоянием нашей расширяющейся Вселенной, то наука не располагает о нем информацией.
В состоянии сингулярности кривизна пространства и времени становится бесконечной, сами эти понятия теряют смысл. Идет не просто замыкание пространственно-временного континуума, как это следует из общей теории относительности, а его полное разрушение. Правда, понятия и выводы общей теории относительности применимы лишь до определенных пределов — масштаба порядка 10-33 см. Дальше идет область, в которой действуют совсем иные законы. Но если считать, что начальная стадия расширения Вселенной является областью, в которой господствуют квантовые процессы, то они должны подчиняться принципу неопределенности Гейзенберга, согласно которому вещество невозможно стянуть в одну точку. Тогда получается, что никакой сингулярности в прошлом не было и вещество в начальном состоянии имело определенную плотность и размеры. По некоторым подсчетам, если все вещество наблюдаемой Вселенной, которое оценивается примерно в 1061 г, сжать до плотности 1094 г/см3, оно заняло бы объем около 10-33 см3, что примерно в 1000 раз больше объема ядра атома урана. Его нельзя было бы разглядеть и в электронный микроскоп.
Причины возникновения такого начального состояния, или сингулярности, а также характер пребывания материи в этом состоянии считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой современной физической теории. Неизвестно также, что было до момента взрыва. Долгое время ничего нельзя было сказать и о причинах Большого взрыва и переходе к расширению Вселенной. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы. Они лежат в основе инфляционной модели развития Вселенной .
1.2 Вакуум и его роль в эволюции Вселенной
Итак, очевидно, что исходное состояние перед «началом» не является точкой в математическом смысле. Оно обладает свойствами, выходящими за рамки научных представлений сегодняшнего дня. Не вызывает сомнения, что исходное состояние было неустойчивым, породившим взрыв — скачкообразный переход к расширяющейся Вселенной. Это, очевидно, было самое простое состояние из всех, реализовавшихся позднее. В нем было нарушено все, что нам привычно: формы материи, законы, управляющие их поведением, пространственно-временной континуум. Такое состояние можно назвать хаосом, из которого при последующем развитии системы шаг за шагом формировался порядок. Первоначальный хаос оказался неустойчивым, что и послужило исходным толчком для всего дальнейшего развития Вселенной.
Еще Демокрит утверждал, что мир состоит из атомов и пустоты — абсолютно однородного пространства, разделяющего атомыи тела, в которые те соединяются. Современная наука на новом уровне интерпретирует идеи Демокрита. Его представление об атомах трансформировалось в физику микромира, но демокритовское представление о пустоте как о среде, разделяющей частицы, изменилось кардинально. Эта среда не является абсолютной пустотой, она вполне материальна и обладает, весьма своеобразными свойствами, пока еще малоизученными. По традиции эта среда, неотделимая от вещества, продолжает называться пустотой, вакуумом.
Вакуум — это пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме.
Казалось бы, раз нет реальных частиц, то пространство пусто, в нем не может содержаться энергия, даже минимальная. Но это представление пришло из классической физики. Квантовая же теория, опираясь на принцип неопределенности Гейзенберга, опровергает его. Мы помним, что принцип неопределённости утверждает невозможность точного одновременного определения напряженности поля и числа частиц. Раз число частиц равно нулю, то напряженность ноля равняться нулю не может, иначе оба параметра будут известны и принцип неопределенности будет нарушен. Поэтому напряженность поля в вакууме представляет собой флуктуационные колебания около нулевого значения. Соответствующая этим колебаниям энергия будет минимально возможной.
В соответствии со свойством корпускулярно-волнового дуализма колебания полей обязаны порождать частицы. И здесь мы сталкиваемся еще с одним парадоксом микромира. Квантовые эффекты могут на очень короткое время приостанавливать действие закона сохранения энергии. В течение этого промежутка времени, энергия может быть взята «взаймы» на различные цели, в том числе на рождение частиц. Разумеется, все возникающие при ЭТОМ частицы будут короткоживущими, так как израсходованная на них энергия должна быть возвращена спустя ничтожную долю секунды. Тем не менее, частицы могут фактически возникнуть из ничего, обретая мимолетное бытие, прежде чем снова исчезнуть, и эту скоротечную деятельность невозможно предотвратить. Эти частицы-призраки нельзя наблюдать, хотя они могут оставить следы своего кратковременного существования. Они представляют собой разновидность виртуальных частиц, аналогичных переносчикам взаимодействий, но не предназначенных для получения иди передачи сигналов.
Таким образом, «пустой» вакуум оказывается заполненным Виртуальными частицами. Он не безжизнен и безлик, а полон энергии. А то, что мы называем частицами, — всего лишь редкие возмущения, подобные «пузырькам» на поверхности целого моря активности.
Современные теории предполагают, что энергия вакуума проявляется отнюдь не однозначно. Вакуум может быть возбужденным и может находиться в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями. При этом разным энергетическим уровням вакуума соответствуют разности отрицательных давлений, так как для квантового вакуума характерно наличие сил отталкивания .
1.3 Инфляционная стадия эволюции Вселенной
Очевидно, вакуум играет роль базовой формы материи. На самой ранней фазе эволюции Вселенной именно ему отводилась ведущая роль. Экстремальные условия «начала», Когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Состояние «ложного» вакуума характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества, в результате чего в веществе могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной — Большой взрыв. Это и было первотолчком, «началом» нашего мира.
Вопрос о возникновении и развитии Вселенной был предметом научного поиска для многих поколений ученых. В истории науки существовало множество гипотез, отвечающих на этот вопрос. Современное естествознание объясняет возникновение Вселенной с помощью концепции Большого взрыва, впервые предложенной известным физиком Г. Гамовым в 1948 г. Основные черты этой модели сохранились до сих пор, хотя и были позже дополнены теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П, Стейнхардтом и дополненной советским физиком А.Д. Линде. Также нужно отметить, что для описания эволюции Вселенной были использованы метод глобального эволюционизма и концепция самоорганизации материи.
Исследуя проблему происхождения Вселенной, известный американский астроном Карл Саган построил образную модель ее эволюции; в которой космический год равен 15 млрд земных лет, а 1 секунда — 500 годам. В таком случае эволюция Вселенной будет выглядеть так:
Большой взрыв 1 января 0 ч 0 мин
Образование галактик 10 января
Образование Солнечной системы 9 сентября
Образование Земли 14 сентября
Возникновение жизни на Земле 25 сентября
Океанский планктон 18 декабря
Первые рыбы 19 декабря
Первые динозавры 24 декабря
Первые млекопитающие 26 декабря
Первые птицы 27 декабря
Первые приматы 29 декабря
Первые гоминиды 30 декабря
Первые люди 31 декабря в 22 часа 30 минут
Цель данного реферата – рассмотреть рождение и эволюцию Вселенной, для того, чтобы наиболее полно раскрыть эту тему, я отразила следующие вопросы: рождение Вселенной, ранний этап ее эволюции, структурная самоорганизация Вселенной и образование солнечной системы.
1. Рождение Вселенной
1.1 Сингулярность – начало нашей Вселенной?
Примерно 15 млрд лет отделяет пашу эпоху начало нашей от начала процесса расширения Вселенной, когда вся наблюдаемая нами Вселенная была сжата в комочек, в миллиарды раз меньший булавочной головки. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был и вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью (точечный объем с бесконечной плотностью). Известные законы физики в сингулярности не работают. Более того, нет уверенности, что наука когда - либо познает и объяснит такое состояние вещества. Так что если сингулярность и является начальным простейшим состоянием нашей расширяющейся Вселенной, то наука не располагает о нем информацией.
В состоянии сингулярности кривизна пространства и времени становится бесконечной, сами эти понятия теряют смысл. Идет не просто замыкание пространственно-временного континуума, как это следует из общей теории относительности, а его полное разрушение. Правда, понятия и выводы общей теории относительности применимы лишь до определенных пределов — масштаба порядка 10-33 см. Дальше идет область, в которой действуют совсем иные законы. Но если считать, что начальная стадия расширения Вселенной является областью, в которой господствуют квантовые процессы, то они должны подчиняться принципу неопределенности Гейзенберга, согласно которому вещество невозможно стянуть в одну точку. Тогда получается, что никакой сингулярности в прошлом не было и вещество в начальном состоянии имело определенную плотность и размеры. По некоторым подсчетам, если все вещество наблюдаемой Вселенной, которое оценивается примерно в 1061 г, сжать до плотности 1094 г/см3, оно заняло бы объем около 10-33 см3, что примерно в 1000 раз больше объема ядра атома урана. Его нельзя было бы разглядеть и в электронный микроскоп.
Причины возникновения такого начального состояния, или сингулярности, а также характер пребывания материи в этом состоянии считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой современной физической теории. Неизвестно также, что было до момента взрыва. Долгое время ничего нельзя было сказать и о причинах Большого взрыва и переходе к расширению Вселенной. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы. Они лежат в основе инфляционной модели развития Вселенной .
1.2 Вакуум и его роль в эволюции Вселенной
Итак, очевидно, что исходное состояние перед «началом» не является точкой в математическом смысле. Оно обладает свойствами, выходящими за рамки научных представлений сегодняшнего дня. Не вызывает сомнения, что исходное состояние было неустойчивым, породившим взрыв — скачкообразный переход к расширяющейся Вселенной. Это, очевидно, было самое простое состояние из всех, реализовавшихся позднее. В нем было нарушено все, что нам привычно: формы материи, законы, управляющие их поведением, пространственно-временной континуум. Такое состояние можно назвать хаосом, из которого при последующем развитии системы шаг за шагом формировался порядок. Первоначальный хаос оказался неустойчивым, что и послужило исходным толчком для всего дальнейшего развития Вселенной.
Еще Демокрит утверждал, что мир состоит из атомов и пустоты — абсолютно однородного пространства, разделяющего атомыи тела, в которые те соединяются. Современная наука на новом уровне интерпретирует идеи Демокрита. Его представление об атомах трансформировалось в физику микромира, но демокритовское представление о пустоте как о среде, разделяющей частицы, изменилось кардинально. Эта среда не является абсолютной пустотой, она вполне материальна и обладает, весьма своеобразными свойствами, пока еще малоизученными. По традиции эта среда, неотделимая от вещества, продолжает называться пустотой, вакуумом.
Вакуум — это пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме.
Казалось бы, раз нет реальных частиц, то пространство пусто, в нем не может содержаться энергия, даже минимальная. Но это представление пришло из классической физики. Квантовая же теория, опираясь на принцип неопределенности Гейзенберга, опровергает его. Мы помним, что принцип неопределённости утверждает невозможность точного одновременного определения напряженности поля и числа частиц. Раз число частиц равно нулю, то напряженность ноля равняться нулю не может, иначе оба параметра будут известны и принцип неопределенности будет нарушен. Поэтому напряженность поля в вакууме представляет собой флуктуационные колебания около нулевого значения. Соответствующая этим колебаниям энергия будет минимально возможной.
В соответствии со свойством корпускулярно-волнового дуализма колебания полей обязаны порождать частицы. И здесь мы сталкиваемся еще с одним парадоксом микромира. Квантовые эффекты могут на очень короткое время приостанавливать действие закона сохранения энергии. В течение этого промежутка времени, энергия может быть взята «взаймы» на различные цели, в том числе на рождение частиц. Разумеется, все возникающие при ЭТОМ частицы будут короткоживущими, так как израсходованная на них энергия должна быть возвращена спустя ничтожную долю секунды. Тем не менее, частицы могут фактически возникнуть из ничего, обретая мимолетное бытие, прежде чем снова исчезнуть, и эту скоротечную деятельность невозможно предотвратить. Эти частицы-призраки нельзя наблюдать, хотя они могут оставить следы своего кратковременного существования. Они представляют собой разновидность виртуальных частиц, аналогичных переносчикам взаимодействий, но не предназначенных для получения иди передачи сигналов.
Таким образом, «пустой» вакуум оказывается заполненным Виртуальными частицами. Он не безжизнен и безлик, а полон энергии. А то, что мы называем частицами, — всего лишь редкие возмущения, подобные «пузырькам» на поверхности целого моря активности.
Современные теории предполагают, что энергия вакуума проявляется отнюдь не однозначно. Вакуум может быть возбужденным и может находиться в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями. При этом разным энергетическим уровням вакуума соответствуют разности отрицательных давлений, так как для квантового вакуума характерно наличие сил отталкивания .
1.3 Инфляционная стадия эволюции Вселенной
Очевидно, вакуум играет роль базовой формы материи. На самой ранней фазе эволюции Вселенной именно ему отводилась ведущая роль. Экстремальные условия «начала», Когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Состояние «ложного» вакуума характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества, в результате чего в веществе могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной — Большой взрыв. Это и было первотолчком, «началом» нашего мира.
Основополагающим трудом Исаака Ньютона стал его знаменитое произведение "Мате¬матические начала натуральной философии". Именно здесь ученый сформулировал основные законы движения, дал определения понятиям пространства, времени и движения.
Ароморфоз — прогрессивное эволюционное изменение строения, приводящее к общему повышению уровня организации и интенсификации функций живых организмов.
1. Введение
Энергия, как известно, и есть та базовая физическая характеристика, при помощи которой удается увязать между собой все явления материальной природы.
Важным потому, что именно данный вывод остается абсолютно справедливым не только для механической, но и для всех остальных видов энергии вообще - электромагнитной, химической и т. д. Любые реальные процессы, обусловленные, например, электромагнитным взаимодействием, всегда сопряжены с убылью именно электромагнитной энергии, и это правило является наиболее универсальным принципом, как теперь ясно, для всех взаимодействий в целом. Причем сам по себе тезис о количественном «неисчезновении» энергии и здесь не играет абсолютно никакой роли: достаточно того, что интересующая нас энергия сокращается, а что именно происходит с сокращаемой ее частью - другой вопрос, выходящий за рамки той теории, которая изучает рассматриваемое взаимодействие.
С точки зрения синергетики, энергия как бы застывает в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Вещество – это застывшая энергия. Энергия – понятие, характеризующее способность производить работу, и не только механическую, но и работу по созиданию новых структур.
Что такое лень? Это ничто иное, как принцип минимума энергии, который формулируется примерно так: если у системы есть несколько вариантов развития (движения), то она выберет тот, при котором расход энергии будет наименьшим. Как любой закон, в нем бывают исключения вроде революций и войн. Но они относятся к области теории возмущений, где все не так просто и очевидно. В остальных случаях закон работает практически на 100%.
Все связано с энергетическими затратами. Природа существует по принципу минимума энергии. Поднятый камень стремится упасть вниз, чтобы потенциальная энергия была минимальной. Движущееся тело всегда со временем останавливается, чтобы кинетическая энергия была минимальной. Поэтому срубить дом хоть и тяжело, но по энергетическим затратам все-таки несоизмеримо меньше, чем материализовать казалось бы, из ничего.
Эволюция систем предопределяется принципом энергетического минимума: система тем жизнеспособней, чем меньше потери проводимого ею потока энергии. Соответственно, структура системы и её элементы развиваются в направлении понижения этих потерь.
Голландец Христиан Гюйгенс заметил в 1665 г., что маятники 2 часов, пове-шенных на стене рядом друг с другом, начинают работать в одном ритме. Это, по сути, универсальное явление. Когда 2 или более генераторов начинают пульсировать с достаточно малой разницей во времени (с небольшим сдвигом фаз), их колебания спонтанно приходят к совпадению. Они ведут себя сообразно принципу минимума энергии, так как каждому из маятников в отдельности при синхронной пульсации надо меньше энергии, чем в случае аритмии. Эта согласованность присутствует повсюду, но её редко замечают.
Энергия, как известно, и есть та базовая физическая характеристика, при помощи которой удается увязать между собой все явления материальной природы.
Важным потому, что именно данный вывод остается абсолютно справедливым не только для механической, но и для всех остальных видов энергии вообще - электромагнитной, химической и т. д. Любые реальные процессы, обусловленные, например, электромагнитным взаимодействием, всегда сопряжены с убылью именно электромагнитной энергии, и это правило является наиболее универсальным принципом, как теперь ясно, для всех взаимодействий в целом. Причем сам по себе тезис о количественном «неисчезновении» энергии и здесь не играет абсолютно никакой роли: достаточно того, что интересующая нас энергия сокращается, а что именно происходит с сокращаемой ее частью - другой вопрос, выходящий за рамки той теории, которая изучает рассматриваемое взаимодействие.
С точки зрения синергетики, энергия как бы застывает в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Вещество – это застывшая энергия. Энергия – понятие, характеризующее способность производить работу, и не только механическую, но и работу по созиданию новых структур.
Что такое лень? Это ничто иное, как принцип минимума энергии, который формулируется примерно так: если у системы есть несколько вариантов развития (движения), то она выберет тот, при котором расход энергии будет наименьшим. Как любой закон, в нем бывают исключения вроде революций и войн. Но они относятся к области теории возмущений, где все не так просто и очевидно. В остальных случаях закон работает практически на 100%.
Все связано с энергетическими затратами. Природа существует по принципу минимума энергии. Поднятый камень стремится упасть вниз, чтобы потенциальная энергия была минимальной. Движущееся тело всегда со временем останавливается, чтобы кинетическая энергия была минимальной. Поэтому срубить дом хоть и тяжело, но по энергетическим затратам все-таки несоизмеримо меньше, чем материализовать казалось бы, из ничего.
Эволюция систем предопределяется принципом энергетического минимума: система тем жизнеспособней, чем меньше потери проводимого ею потока энергии. Соответственно, структура системы и её элементы развиваются в направлении понижения этих потерь.
Голландец Христиан Гюйгенс заметил в 1665 г., что маятники 2 часов, пове-шенных на стене рядом друг с другом, начинают работать в одном ритме. Это, по сути, универсальное явление. Когда 2 или более генераторов начинают пульсировать с достаточно малой разницей во времени (с небольшим сдвигом фаз), их колебания спонтанно приходят к совпадению. Они ведут себя сообразно принципу минимума энергии, так как каждому из маятников в отдельности при синхронной пульсации надо меньше энергии, чем в случае аритмии. Эта согласованность присутствует повсюду, но её редко замечают.
Средства индивидуальной защиты от вредных веществ.
Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Подразделяются на:
Противопылевые маски-респираторы.
Противогазовые респираторы (от пыли и газа).
Противогазы (фильтрующие и изолирующие)
Средства индивидуальной защиты тела.
Для защиты тела применяют специальные костюмы, халаты в кислотно-, пыле-, ядо-, химзащитном исполнениях. Для защиты рук применяют специальные рукавицы, гидрофобные или гидрофильные мази. Для защиты головы – специальные каски.
Средства индивидуальной защиты глаз.
Для защиты глаз используются специальные очки, скафандры, лицевые защитные щитки.
Весь персонал, который работает с вредными веществами периодически и предварительно проходит контроль.
Производственное освещение.
90% информации человек получает через органы зрения. Свет оказывает положительное влияние на обмен веществ, сердечно-сосудистую систему, нервно-психическую сферу. Рациональное освещение способствует повышению производительности труда, его безопасности. При недостаточном освещении и плохом его качестве происходит быстрое утомление зрительных анализаторов, повышается травматичность. Слишком высокая яркость вызывает явление слепимости, нарушение функции глаза.
Часть электромагнитного спектра с от 10…340 000 нм называется оптической областью спектра, которая подразделяется на инфракрасное излучение (770…340 000), видимое излучение (380…770), УФ область – 10…380 нм.
В пределах видимой области, излучение различной вызывает разные световые и цветовые ощущения: от фиолетового до красного цветов.
Наиболее чувствителен человеческий глаз к 550 нм излучению. К границам спектра чувствительность уменьшается.
Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Подразделяются на:
Противопылевые маски-респираторы.
Противогазовые респираторы (от пыли и газа).
Противогазы (фильтрующие и изолирующие)
Средства индивидуальной защиты тела.
Для защиты тела применяют специальные костюмы, халаты в кислотно-, пыле-, ядо-, химзащитном исполнениях. Для защиты рук применяют специальные рукавицы, гидрофобные или гидрофильные мази. Для защиты головы – специальные каски.
Средства индивидуальной защиты глаз.
Для защиты глаз используются специальные очки, скафандры, лицевые защитные щитки.
Весь персонал, который работает с вредными веществами периодически и предварительно проходит контроль.
Производственное освещение.
90% информации человек получает через органы зрения. Свет оказывает положительное влияние на обмен веществ, сердечно-сосудистую систему, нервно-психическую сферу. Рациональное освещение способствует повышению производительности труда, его безопасности. При недостаточном освещении и плохом его качестве происходит быстрое утомление зрительных анализаторов, повышается травматичность. Слишком высокая яркость вызывает явление слепимости, нарушение функции глаза.
Часть электромагнитного спектра с от 10…340 000 нм называется оптической областью спектра, которая подразделяется на инфракрасное излучение (770…340 000), видимое излучение (380…770), УФ область – 10…380 нм.
В пределах видимой области, излучение различной вызывает разные световые и цветовые ощущения: от фиолетового до красного цветов.
Наиболее чувствителен человеческий глаз к 550 нм излучению. К границам спектра чувствительность уменьшается.
Наши гарантии:
Финансовая защищенность
Опытные специалисты
Тщательная проверка качества
Тайна сотрудничества