Контрольная работа по КСЕ

Подождите немного. Документ загружается.

события-причины, что, очевидно, повлекло бы за собой разрыв причинно-

следственной связи. Например, испущенная излучателем волна, если бы

она была способна возвратиться после отражения обратно в более ранний

момент времени, могла бы взорвать излучатель ещё до того, как он начал

работать. Из этих же соображений следует принципиальная

невозможность путешествия на «машине времени» в прошлое. [6, с. 70]

Вопросы по тексту

1. Как формулируется «принцип причинности»?

2. Противоречит ли детерминизму вероятностное описание

микроявлений?

3. Что понимается под причиной и следствием?

4. Как звучит «принцип причинности» в динамических системах?

5. Какие два класса понятий используются при описании понятий в

механической картине мира?

6. К чему приводит относительность пространства-времени и

причинности в квантовой механике?

Задание 3 (2). Эволюционная химия и проблемы происхождения

жизни. Роль катализа.

План

Введение

1. Проблемы происхождения жизни

2. Эволюционная химия, роль катализа

3. Субстратный подход к проблеме биогенеза

4. Функциональный подход в эволюционной химии

Заключение

Вопросы по тексту

Введение

Зарождение эволюционной химии произошло в 1960-е гг., когда были

открыты случаи самосовершенствования катализаторов в ходе реакции,

тогда как обычно в процессе работы они дезактивировались, ухудшались и

выбрасывались. Так химики обратили внимание на процессы

самоорганизации в химических системах, подняв тем самым химию на

качественно новый уровень. При этом впервые было обращено внимание

на существование в природе химических систем разной степени

сложности, а также на процесс перехода от химических систем к

биологическим. [1, с. 24]

1. Проблемы происхождения жизни

В современном естествознании существует пять основных концепций

возникновения жизни:

1) креационизм — божественное сотворение живого;

2) концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни

из неживого вещества;

3) концепция стационарного состояния, в соответствии с которой

жизнь существовала всегда;

4) концепция панспермии — внеземного происхождения жизни;

5) концепция случайного однократного происхождения жизни;

6) концепция закономерного происхождения жизни путем

биохимической эволюции.

Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей

обобщенной схемой:

атомы —> простые соединения —> простые биоорганические

соединения —> макромолекулы —> организованные системы.

Следующим этапом после химической эволюции элементов является

биохимическая эволюция.

Жизнь как особая форма существования материи характеризуется

двумя отличительными свойствами — самовоспроизведением и обменом

веществ с окружающей средой. На свойствах саморепродукции и обмена

веществ строятся все современные гипотезы возникновения жизни. [5, с.

344]

2. Эволюционная химия

Под эволюционными процессами в химии понимают процессы

самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических

соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными

продуктами по сравнению с исходными веществами.

Поэтому эволюционную химию заслуженно считают предбиологией,

наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем. [8, с. 35]

До последней трети XX в. об эволюционной химии ничего не было

известно. В отличие от биологов, которые вынуждены были использовать

эволюционную теорию Дарвина для объяснения происхождения

многочисленных видов растений и животных, вопрос о происхождении

вещества для химиков не представлял интереса, поскольку получение

любого нового химического индивида всегда было делом рук и разума

человека. Молекулы новых химических соединений конструировались по

законам структурной химии из атомов и атомных групп. Но изучение и

освоение опыта живой природы было давней мечтой ученых.

И. Берцелиусом было установлено, что в основе функционирования

живого организма лежит биокатализ. Затем исследования в этом

направлении велись Ю. Либихом, П. Бертло и Н.Н. Семеновым. Работы

этих ученых способствовали укреплению связи химии с биологией.

Постепенное развитие науки в XIX в., приведшее к раскрытию

структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки,

открыло перед химиками и биологами практические возможности

совместной работы над химическими проблемами учения о клетке.

Химики ставят своей целью создать новую химию, основанную на

каталитическом опыте живой природы. Они стремятся к новым принципам

управления химическими процессами, в которых будет применяться

синтез себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы

катализаторы с таким разнообразием качеств, которые далеко превзойдут

существующие в нашей промышленности до сих пор.

Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами,

присущими всем катализаторам, они не тождественны последним,

поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки

использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в

неорганическом мире сталкиваются с серьезными ограничениями. Таким

образом, возникновению эволюционной химии как новой науки

способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов-

ферментов.

Изучение процессов самоорганизации в химии привело к

формированию двух подходов к анализу предбиологических систем:

субстратного и функционального.

3. Субстратный подход к проблеме биогенеза

В рамках субстратного подхода было отмечено, что при переходе к

простейшим формам жизни шел особый дифференцированный отбор лишь

таких химических элементов и их соединений, которые являются

основным строительным материалом для образования биологических

систем. Эти элементы в химии получили название органогенов.

Большинство химических элементов попадает в живые организмы и

участвует в их жизнедеятельности. Однако основу жизнедеятельности

обеспечивают только шесть химических элементов-органогенов —

углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их суммарная весовая

доля в структуре живого организма составляет 97,4%. В построении

многих физиологически важных компонентов биологических систем

принимают участие 12 элементов (натрий, калий, кальций, магний,

алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель). Их

весовая доля в организме составляет 1,6%. Еще 20 элементов участвуют в

построении и функционировании отдельных узкоспецифических

биосистем. Их весовая доля составляет около 1%. Все остальные элементы

в построении биосистем практически не участвуют.

4. Функциональный подход в эволюционной химии

В рамках функционального подхода также изучается роль катализа и

выявляются законы, которым подчиняются процессы самоорганизации

химических систем. Ведущую роль на предбиологической стадии

эволюции играл катализ. Роль каталитических процессов усиливалась по

мере усложнения состава и структуры химических систем. Именно на этом

основании некоторые ученые напрямую стали связывать химическую

эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем.

Исходя из этого профессор МГУ А.П. Руденко выдвинул теорию

саморазвития открытых каталитических систем. Сущность этой теории

состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие

каталитических систем, а следовательно, эволюционирующим веществом

являются катализаторы, а не молекулы. При катализе идет реакция

химического взаимодействия катализатора и реагентов с образованием

промежуточных комплексов со свойствами переходного состояния.

Именно такой промежуточный каталитический комплекс Руденко назвал

элементарной каталитической системой. Если в ходе реакции идет

постоянный приток новых реактивов извне и отвод готовой продукции, а

также выполняются некоторые дополнительные условия, то реакция может

идти неограниченно долго, находясь на одном и том же стационарном

уровне. Такие многократно возобновляемые комплексы являются

элементарными открытыми каталитическими системами.

Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических

систем происходят за счет энергии базисной реакции. Поэтому

эволюционируют каталитические системы с большей энергией.

Открытый А.П.Руденко основной закон химической эволюции гласит,

что эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении,

где проявляется его максимальная активность. При этом по параметру

абсолютной каталитической активности складываются механизмы

конкуренции и естественного отбора. [10, с. 205]

Заключение

В природе существуют своеобразные химические технологии

необычайной эффективности. При изучении химизма живой природы

биохимией и молекулярной биологией было установлено, что состав и

структура биополимерных молекул представляют собой единый набор для

всех живых существ, вполне доступный для исследования физическими и

химическими методами. С другой стороны, было установлено, что в

живых системах осуществляются такие типы химических превращений,

какие никогда не обнаруживались в живом мире.

Важнейшее значение в современной химии придается проблеме

поиска эффективных катализаторов для множества процессов химической

технологии. Между тем, давно уже было установлено, что основой химии

живого являются каталитические химические реакции, т.е. биокатализ.

Первым это установил И.Я. Берцелиус. Химизм живой природы являлся

идеалом для исследователей. «Подражание живой природе есть химизм

будущего!» Этот девиз, который был высказан академиком

А.Е.Арбузовым в 1930 г., является целеполагающей идеей развития

эволюционной концепции в химии. [11, с. 182]

Вопросы по тексту

1. Как произошло зарождение эволюционной химии?

2. Какие существует концепции возникновения жизни?

3. Какими двумя отличительными свойствами характеризуется жизнь

как особая форма существования материи?

4. Что в химии понимают под эволюционными процессами?

5. Кем было установлено, что в основе функционирования живого

организма лежит биокатализ?

6. Какие существуют подходы к анализу предбиологических систем?

7. Что такое органогены?

8. Кем был открыт основной закон химической эволюции?

Задание 4 (2). Хаос, порядок и процессы самоорганизации во

Вселенной. Мифологические и естественнонаучные представления.

План

Введение

1. Хаос и порядок

2. Процессы самоорганизации. Синергетика

Заключение

Вопросы по тексту

Введение

В настоящее время концепция самоорганизации получает все большее

распространение не только в естествознании, но и социально-

гуманитарном познании. Поскольку большинство наук изучает процессы

эволюции систем, постольку они вынуждены анализировать и механизмы

их самоорганизации. Вот почему концепция самоорганизации становится

парадигмой исследования обширного класса систем и совершающихся в

них процессов и явлений.

Все процессы в природе объективны и обеспечиваются

самодвижением материи. Хаос в движении различных элементов

порождает их взаимодействие и взаимовлияние, происходят процессы

самоорганизации вещества и энергии, что приводит к повышению степени

их организации. Абсолютной гармонии не существует, т.к. в этом случае

должно отсутствовать само движение, которое в принципе неуничтожимо.

Все процессы в природе, в том числе и энтропийные, в открытых системах

диалектичны, т. е. имеют параллельные обратные процессы.

1. Хаос и порядок

Пространственная отделённость порядка от хаоса - важнейшая черта

архаичных интуиций, не подвергавшаяся сомнению до эры научной

космологии. Например, платоновское учение об эйдосах и пространстве

перерастает у Аристотеля в учение о форме и материи. Форма -

философский эквивалент идеи порядка. Материя - идеи хаоса.

После Галилея наука оперирует понятием изотропного пространства.

Оно не имеет структуры. Определение «вида» вещей зависит только от

выбора системы отсчёта. Порядок есть взаимное расположение вещей в

пространстве и его определение зависит только от субъекта. В чём же

проявляется объективность порядка природы? Ньютон отвечает на этот

вопрос так: в абсолютности пространства и времени. Признание этих

параметров абсолютными в принципе не позволяет сформулировать

альтернативное архаичному представление о порядке.

Например, в классической механике древней идее хаоса соответствует

идея вакуума, как субстанции лишённой всех определений. Физико-

математическое понятие инварианта преобразований является аналогией

представлений о порядке, формировавшихся в античной философской

мысли. С точки зрения способов отражения упорядоченности мира теория

Эйнштейна не отличается от классической механики: инвариант является

основой описания порядка во Вселенной.

Энтропия — мера неупорядоченности (хаоса) системы, принимающая

только положительные значения. В термодинамике известен принцип

возрастания энтропии — стремление любой системы к состоянию

термодинамического равновесия (состояния с наименьшей

упорядоченностью движения частиц), или хаоса.

В определении «хаоса» понятие энтропии является

основополагающим. Образно говоря, энтропия генерирует хаос. Из

статистического выражения второго начала термодинамики следует, что с

ростом энтропии расположение частиц (частей) системы становится все

более и более хаотичным. Это широко известное положение стало уже

философским. «Энтропия и беспорядок не только похожи, а есть одно и то

же», - утверждает, например, исследователь Р. Е. Пайерлс. Однако всё

сказанное об энтропии имеет скорее философский смысл, чем

естественнонаучный, так как, строго говоря, физическое значение

энтропии до сих пор не определено. Слова Д. фон Неймана: «Никто не

знает, что же такое энтропия» до сих пор не потеряли своей силы.

Под системой следует понимать любую вещественно-энергетическую

или концептуальную совокупность взаимосвязанных составляющих,

объединённых прямыми и обратными связями в некоторое единство.

Целостность системы означает принципиальную несводимость его свойств

к сумме свойств составляющих его элементов и невыводимость из

последних свойств целого.

Взаимодействие хаоса и порядка тесно связано с понятием

«динамическая система» и нормами её функционирования. [7, с. 119]

Динамическая система представляет собой математический объект,

соответствующий реальным физических, биологическим и другим

объектам, эволюция которых однозначно определяется начальным

состоянием. Динамическим хаосом называется нерегулярное изменение

состояния динамической системы, обладающее основными свойствами

случайного процесса. Примеры систем с динамическим хаосом: планетные

системы, погода и климат, турбулентность, фондовые рынки. [2, с. 39]

2. Процессы самоорганизации. Синергетика

Под самоорганизацией мы понимаем необратимый процесс,

приводящий в результате кооперативного действия подсистем к

образованию более сложных структур всей системы. Самоорганизация —

элементарный процесс эволюции, состоящий из неограниченной

последовательности процессов самоорганизации. Термин

«самоорганизация» используется для обозначения диссипативной

самоорганизации, т. е. образования диссипативных структур. Наряду с

диссипативной самоорганизацией существуют и другие формы

самоорганизации, такие как консервативная самоорганизация (образование

структур кристаллов, биополимеров) и дисперсионная самоорганизация

(образование солитонных структур).

Автор термина «синергетика» немецкий физик Герман Хакен

определял самоорганизацию как спонтанное образование

высокоупорядоченных структур из зародышей или даже хаоса,

спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за

счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих

подсистем. Хакен считает, что название новой дисциплины синергетикой

обусловлено тем, что в ней исследуются совместные действия многих

элементов систем, и для нахождения общих принципов, управляющих

самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных

дисциплин. Таким образом, при самоорганизации из хаоса порождается

порядок. [5, с. 491]

Синергетика, по мнению автора термина, – это исследование

совместного согласованного действия элементов сложных систем.

Синергетика представляет собой междисциплинарное направление

исследований. Предмет исследования синергетики – общие

закономерности самоорганизации в природных и социальных системах.

В основе синергетики лежат следующие идеи:

– процессы разрушение и созидание, а также процессы деградации и

эволюции во Вселенной равноправны;

– процессы созидание (нарастания сложности и упорядоченности)

имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они

осуществляются.

Самоорганизация – это самопроизвольный переход от менее сложных

к более сложным и упорядоченным формам организации материи.

Примерами самоорганизации являются лазерное излучение, ячейки Бенара,

реакция Белоусова–Жаботинского, спиральные волны. [2, с. 41]