Перечень вопросов к зачету. 1. Научный метод познания
1. Научный метод познания. Уровни научного познания. Гипотеза. Научная теория. Область применимости теории. Критерии научного знания.
2. Методы научного познания. Функции науки. Принцип соответствия.
3. Естествознание. Естественные науки. Дифференциация и интеграция наук. Математика как язык естествознания. Гуманитарные науки. Историчность знания.
4. Естественнонаучная культура. Гуманитарная культура. Две культуры и взаимосвязь между ними.
5. Научная картина мира. Идеи Милетской школы (Фалес). Идея безостановочной изменчивости вещей. Идеи мыслителей Элейской школы (Ксенофан, Парменид, Зенон). Апории Зенона. Идеи Пифагорейской школы. Пифагорейско-платоновская исследовательская программа. Появление принципа причинности. Пустота и атомы (Левкипп, Демокрит).
6. Континуальная программа Аристотеля. Аристотелевская научная программа. Развитие космологических представлений Аристотеля. Геоцентрическая система мира Птолемея («Альмагест»). Развитие континуальной исследовательской программы (Гюйгенс, Фарадей, Максвелл, Герц).
7. Развитие атомистической исследовательской программы (Демокрит, Бойль, Ньютон, Резерфорд, Бор). Развитие космологических представлений пифагорейцев (Аристарх). Гелиоцентрическая система мира Коперника. Развитие математической программы (Лейбниц, Ньютон, Максвелл, Эйнштейн, Шредингер). Принцип дальнодействия и корпускулы Ньютона. Фотоны. Понятие квантового поля
8. Научная (естественнонаучная) картина мира. Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная.
9. Формы материи. Дискретность. Континуальность. Волна. Виртуальные частицы. Формы движения. Механическое перемещение. Эволюция как форма движения. Детерминизм. Механический детерминизм.
10. Случайность. Вероятность. Неопределенность. Космологические модели Фридмана. Эволюционирующая Вселенная. Полевой и релятивистский механизм передачи взаимодействий. Квантово-полевой механизм передачи взаимодействий. Принцип причинности.
11. Материя. Формы материи. Дискретность. Поле физическое. Континуальность. Волна, ее физические параметры. Физический вакуум. Виртуальные частицы. Элементарные частицы. Атомно-молекулярное учение. Учение о составе. Учение о строении вещества
12. Формы движения материи. Взаимосвязь форм движения и их несводимость друг к другу. Понятие состояния. Движение как изменение состояния. Механическое движение, его основные характеристики.
13. Механическая работа. 1 и 2 законы Ньютона.
14. Характеристики волн. Свойства волн.
15. Химический процесс как химическая форма движения материи. Процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы как биологическая форма движения материи
16. Фундаментальные взаимодействия. Характеристики фундаментальных взаимодействий. 3-й закон Ньютона. Сила как характеристика взаимодействия. Дальнодействие. Близкодействие. Принцип суперпозиции
17. Понятие симметрии в естествознании. Изотропность. Анизотропия. Инвариантность. Однородность. Простейшие симметрии (асимметрии) пространства и времени и связанные с ними законы сохранения (несохранения). Симметрии природных объектов. Виды симметрий. Эволюция как цепочка нарушений симметрии. Симметрия и асимметрия живого.
18. Пространство и время Аристотеля. Абсолютное и относительное пространство Ньютона. Абсолютное и относительное время Ньютона. Мировой эфир. Опыт Майкельсона-Морли. Инвариантность скорости света. Единство пространства и времени как формы существования движущейся материи в современной научной картине мира.
19. Динамические симметрии пространства и времени. Принцип относительности Галилея. Специальная теория относительности (СТО). Принципы СТО. Следствия СТО.
20. Общая теория относительности (ОТО): распространение принципа относительности на неинерциальные системы отсчета. Принцип эквивалентности гравитационного поля и сил инерции. Эмпирические доказательства ОТО. Понятие гравитационного радиуса. Гравитационный коллапс. Черные дыры.
21. Структуры мегамира. Критерии деления на микромир, макромир и мегамир. Пространственные масштабы Вселенной. Единицы измерения расстояний в мегамире. Временные масштабы Вселенной. Явления, позволившие оценить время существования Вселенной.
22. Характеристики звезд, определяемые из наблюдений. Спектр электромагнитных излучений.
23. Вселенная, Метагалактика. Крупномасштабная структура Вселенной. Однородность и изотропность Вселенной на очень больших масштабах. Скопления и сверхскопления галактик. Квазары. Млечный Путь - наша Галактика.
24. Состав Солнечной системы. Планеты земной группы. Планеты-гиганты. Пояс астероидов. Облако Орта.
25. Созвездия. Источники энергии звезд. Планетарные туманности. Гиганты и сверхгиганты. Черные дыры. Пульсар - нейтронная звезда Сверхновые звезды. Движения Солнца в Галактике.
26. Целостность и системность природы. Ее общие закономерности. Многообразие систем. Иерархичность природы и систем. Аддитивные и интегративные свойства. Взаимосвязь уровней организации материи.
27. Галактический уровень. Метагалактики. Биологический уровень организации. Уровень геологических объектов, планет. Физический уровень. Атомный уровень. Молекулярный уровень. Макромолекулярный уровень полимеров и комплексов молекул.
28. Фундаментальные элементарные частицы. Основные характеристики элементарных частиц. Классификация элементарных частиц. Переносчики фундаментальных взаимодействий. Способность элементарных частиц к взаимным превращениям, не нарушающим законов сохранения. Физическое поле. Тождественность частиц. Вакуум.
29. Явление естественной радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Состав излучения при радиоактивности. Выделение энергии при радиоактивном распаде. Превращения элементов при радиоактивном распаде. Ядерные реакции расщепления ядер атомов под действием нейтронов. Методы получение искусственных радиоактивных элементов.
30. Открытие атомного ядра, измерение его размеров, массы и заряда. Энергия связи нуклонов ядер атомов (дефект массы). Реакция цепного деления урана. Реакции синтеза легких атомных ядер и выделение энергии. Типы термоядерных реакций в звездах и эволюция звезд.
31. Химический элемент. Атом. Изотопы. Эволюция представлений о строении атома. Квантово-механическая модель строения атома. Молекула как квантово-химическая система. Вещество. Катализаторы. Биокатализаторы (ферменты). Полимеры. Мономеры. Периодическая система. Периодический закон Д. И. Менделеева
32. Химический процесс. Тепловые эффекты процессов. Понятие о химической кинетике. Факторы, влияющие на реакционную способность веществ. Понятие об автокатализе. Катализ ферментативный. Эволюционная химия. Динамическое равновесие (химическое и фазовое). Принцип Ле Шателье.
33. Системность живого. Иерархическая организация живого. Химический состав живого. Асимметричность (хиральность) молекул живого.
34. Открытость живых систем. Обмен веществ и энергии. Самовоспроизведение. Гомеостаз. Каталитический характер химии живого. Целостность живых систем.
35. Полипептиды. Белки. Аминокислоты. Уровни организации белковой молекулы (первичная, вторичная, третичная, четвертичная). Функции белков. Липиды и их функции. Углеводы и их функции. Нуклеотиды.
36. Нуклеиновые кислоты. Азотистые основания. Комплементарность, комплементарные пары азотистых оснований. Комплементарность цепей ДНК. Функции нуклеиновых кислот и процессы редупликации, транскрипции, трансляции.
37. Детерминизм. Механистический детерминизм. Лапласова формулировка механистического детерминизма. Траектория. Состояние (физической системы). Начальное состояние. Динамическая система. Погрешности измерения физических величин.
38. Устойчивое и неустойчивое движение. Динамический хаос. Примеры систем с динамическим хаосом. Отличие хаоса от беспорядка.
39. Статистическая закономерность. Среднее значение. Молекулярно-кинетическая теория. Распределение (Максвелла) молекул по скоростям. Статистическое описание состояния. Флуктуация. Квантово-механическое состояние. Волновая функция. Статистический характер квантового описания природы.
40. Динамическая теория. Статистическая теория. Фундаментальная теория. Примеры фундаментальных динамических теорий. Примеры фундаментальных статистических теорий. Принцип соответствия: статистические и динамические теории.
41. Волновые и корпускулярные свойства света. Корпускулярно-волновой дуализм. Де Бройль: общая идея и формула связи между импульсом частицы и ее длиной волны. Волновые свойства частиц. Дифракция электронов.
42. Соотношение неопределенностей Гейзенберга: координата-импульс (скорость), энергия-время. Соотношения неопределенностей как следствие невозможности невозмущающих измерений и результат квантовых флуктуаций.
43. Корпускулярно-волновой дуализм. Принцип дополнительности в квантовой механике. Измерение в квантовой механике как результат взаимодействия микрообъекта с макроприбором. Невозможность невозмущающих измерений. Неотделимость наблюдателя от наблюдаемого объекта. Возможные значения физических величин. Физические величины, имеющие и не имеющие определенного значения в данном состоянии. Принцип дополнительности в широком смысле.
44. Формы энергии. Первый закон термодинамики. Замкнутая и незамкнутая система. Термодинамическое равновесие. Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии в замкнутых системах. Энтропия как физический индикатор направления времени. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия как измеряемая физическая величина. Изменение энтропии тел при теплообмене между ними. Второй закон термодинамики как принцип направленности теплообмена.
45. Качество энергии. «Высококачественные» формы энергии. «Низкокачественная» форма энергии. Понижение качества тепловой энергии с понижением температуры. Энтропия как мера некачественности энергии. Второй закон термодинамики как принцип неизбежного понижения качества энергии.
46. Энтропия как мера молекулярного беспорядка. Статистическая природа второго начала термодинамики. Второй закон термодинамики как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур. Энтропия как мера отсутствия информации. Основной парадокс эволюционной картины мира. Энтропия открытой системы. Термодинамика жизни. Термодинамика Земли как открытой системы.
47. Неравновесная система. Потоки (вещества, энергии, заряда и т.д.) в неравновесных системах. Необходимые условия самоорганизации. Управляющий параметр. Пороговый характер (внезапность) самоорганизации. Точка бифуркации. Рост флуктуаций вблизи точки бифуркации (теоретическое положение и примеры). Стабилизация флуктуаций за точкой бифуркации. Синхронизация частей системы в результате самоорганизации. Невозможность точного прогноза будущего за точкой бифуркации.
48. Самоорганизация в природных и социальных системах. Примеры самоорганизации в простейших системах. Понижение энтропии системы при самоорганизации. Повышение энтропии окружающей среды при самоорганизации. Диссипация (рассеяние) энергии в неравновесной системе. Диссипативная структура. Конкуренция диссипативных структур.
49. Космология – наука о строении и эволюции Вселенной. Однородность и изотропность Вселенной в больших масштабах. Химический состав Вселенной – данные спектрального анализа. Модели бесконечной в пространстве стационарной Вселенной. Эффекты общей теории относительности. Гравитационный радиус (радиус сферы Шварцшильда).
50. Динамические модели Вселенной Фридмана. Обнаружение красного смещения линий в спектрах далеких галактик, что с помощью эффекта Доплера означает «разбегание галактик». Расширение Вселенной и закон Хаббла. Космологическая модель нестационарной Вселенной Эйнштейна-Фридмана. Различные сценарии развития Вселенной.
51. Проблема измерения средней плотности Вселенной. Теория Большого Взрыва (Г. Гамов). Предсказание температуры фонового микроволнового излучения и обнаружение реликтового фона излучения. Проблема космологической постоянной и оценка возраста Вселенной. Измерение параметра Хаббла и обнаружение удельного ускорения нашего мира. Наблюдательный тест теории – анизотропия реликтового излучения.
52. Солнце – звезда нашей планетной системы. Модель внутреннего строения Солнца. Комплекс солнечной активности. Циклы солнечной активности, признаки усиления солнечной активности и причины. Солнечное излучение, солнечный ветер, солнечно-земные связи. Магнитные поля Солнца и планет. Оценка возраста Солнца, Земли и планет. Гипотезы о происхождении Солнца и планет: гипотеза Канта – Лапласа, гипотеза О.Ю. Шмидта.
53. Наша планета Земля, ее форма, химический состав. Магнитосфера Земли, структура магнитного поля, движения магнитных полюсов. Внутренние оболочки Земли и методы исследования ее глубин. Электрическое поле Земли, электромагнитные вращения в ядре Земли и процессы на поверхности. Земная кора и ее эволюция (геологическая история). Литосферные плиты, плавающие на верхней мантии – астеносфере. Океаническая и континентальная земная кора, связь ее эволюции с эволюцией живого на ней. Процессы самоорганизации в горных породах. Процессы в ландшафтной сфере.
54. Излучение Земли как нагретого тела. Энтропийный баланс Земли. Радиоактивность как фактор теплового баланса Земли. Возникновение океанов и атмосферы. Процессы в океане и атмосфере на грани хаоса и порядка. Атмосфера Земли, ее структура, химический состав. Прохождение солнечного света через атмосферу. Озоновый слой и причины его изменения. Климат Земли. Гидросфера Земли, вода и жизнь. Возникновение биосферы.
55. Первичная атмосфера Земли. Абиогенный синтез. Первичный бульон. Предбиологический отбор. Понятие о биологических мембранах. Гетеротрофы. Автотрофы. Анаэробы. Аэробы. Прокариоты. Эукариоты. Исторические концепции происхождения жизни.
56. Эволюция, ее атрибуты. Биологическая эволюция. Эволюционная концепция Ламарка. Дарвинизм. Синтетическая теория эволюции. Молекулярная эволюция. Генофонд. Популяция. Генофонд популяции. Изменение генофонда популяции. Элементарные эволюционные факторы. Формы отбора. Микроэволюция. Макроэволюция. Дивергенция.
57. Понятия о геологических эрах и периодах. Связь границ между эрами с геологическими и палеонтологическими изменениями. Некоторые важнейшие ароморфозы. Основные таксономические группы растений и животных и последовательность их эволюции. Прокариоты. Филогенез. Онтогенез. Адаптация. Ароморфоз. Понятие о флоре, фауне.
58. Методы исследования эволюции: палеонтология, биогеография, морфологические методы эмбриологические методы, генетические методы, методы биохимии и молекулярной биологии, методы моделирования, экологические методы
59. Генетика. Ген. Аллель. Хромосомы. Геном. Генотип. Фенотип. Кодон. Свойства генетического кода. Свойства генетического материала. Изменчивость.
60. Мутагенные факторы. Причины мутаций. Свойства мутаций. Роль мутаций в эволюционном процессе. Популяционная генетика. Генетические характеристики популяции.
61. Понятие экосистемы. Элементы экосистем. Биотическая структура экосистем. Виды природных экосистем. Пищевые (трофические) цепи, пирамиды. Энергетические потоки в экосистемах. Экологические факторы. Формы биотических отношений. Пределы толерантности. Среда обитания и экологическая ниша.
62. Биосфера. Вещество в биосфере. Геохимические функции живого вещества. Биогенная миграция атомов химических элементов. Биогеохимические принципы миграции.
63. Природа и феномен человека. Антропогенез. Палеонтология. Приматы. Антропоиды. Человек умелый (Homo habilis). Человек прямоходящий (Homo erectus). Человек разумный (Homo sapiens). Неандертальцы. Альтруизм. Неолитическая революция. Экологические последствия неолитической революции. Экологический статус человека. Расы и расогенез. Возможные пути эволюции человека. Роль социальных и биологических эволюционных факторов.
64. Загрязнение окружающей среды. Индикаторы глобального экологического кризиса. Понятие ноосферы как этапа развития биосферы. Устойчивое развитие.