Реферат по учебной дисциплине “Концепция современного естествознания” выполнил: студент 3 курса факультета МЭО очно-заочного отделения группы ЭС-2 Торшина Анна Владимировна
Институт мировой экономики и информатизации
Факультет Международных экономических отношений
Москва, 2001
Введение
Как появилась Жизнь? Что является первоисточником окружающего нас мира и нас самих – материя или мысль? Множество ученых и философов всего мира и во все времена выдвигали самые различные утверждения и гипотезы.
Основных гипотез – две: материальная, т.е. научная, и нематериальная, т.е. религиозная. Сторонники гипотезы о нематериальном происхождении мира считают, что мир создала некая нематериальная сила (Бог).
Сторонники материального происхождения мира, например, считают, что «живые» организмы появились за счет особого соединения химических элементов, и рассматривают существующее многообразие видов как следствие постепенной эволюции мира.
Как зарождается жизнь? Какие условия нужны для ее возникновения? Часто ли в космосе встречается совокупность подобных условий?
В этом реферате я хочу показать некоторые научные ответы на заданные вопросы о происхождении и эволюции жизни.
I. Происхождение солнечной системы
1.1. Рождение Солнца
Космогония - наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел. Астрономы наблюдают космические тела на различной стадии развития, сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.
В настоящее время проверка той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы в значительной мере основывается на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы. Наиболее точный метод определения возраста пород состоит в подсчёте отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящегося в данной породе. Скорость этого процесса известна точно, и её нельзя изменить никакими способами. Самые древние горные породы имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля, очевидно, возникла несколько раньше, чем земная кора.
В середине XVIII века немецкий философ Кант предложил свою теорию образования Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Она предполагала возникновение Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в беспорядочном хаотическом движении. В 1796 году французский учёный П.Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учёл характерные основные черты Солнечной системы, которые должна была объяснить любая гипотеза об её происхождении. В данный период наиболее разработанной является гипотеза О.Ю.Шмидта, разработанная в середине века.
Современная наука, как говорят ученые, с достаточной степенью вероятности позволяет нам представить события, происходившие 7 миллиардов лет назад. Сначала была одна из газово-пылевых, водородно-гелиевых (с примесью тяжелых элементов) туманностей. Темная и непрозрачная туманность начала медленно поворачиваться вокруг своего центра. Она постепенно съеживалась, сжималась, очевидно, уплотняясь при этом. Действовало тяготение, собирая к центру частицы туманности, и вращение туманности при этом ускорялось. Простой земной пример - вращающийся на льду фигурист. Не делая никакого добавочного толчка, фигурист ускоряет свое вращение лишь тем, что руки, до этого распахнутые в стороны, прижимает к телу. Работает Закон сохранения количества движения. Со временем туманность вращалась все быстрее, и от этого возникла и увеличилась центробежная сила, способная бороться с тяготением. Борьба двух сил, тяготения и центробежной, началась в туманности при ускорении её вращения. Тяготение сжимало туманность, а центробежная сила стремилось разорвать. Но: тяготение тянуло частицы к центру со всех сторон одинаково, а центробежная сила отсутствовало на "полюсах" туманности и сильнее всего проявлялось на её "экваторе". Поэтому именно на "экваторе" она оказалась сильнее тяготения и раздула туманность в стороны. Туманность, продолжая вращаться все быстрее, сплющилась, из шара превратившись в плоскую "лепешку", похожую на спортивный диск. Наступил момент, когда на наружных краях "диска" центробежная сила уравновесила, а потом и пересилила тяготение. Клочья туманности здесь начали отделяться, а центральная часть ее продолжала сжиматься, ускоряя свое вращение, и от внешнего края отходили все новые и новые клочья, отдельные газопылевые облака.
И вот туманность приобрела совсем другой вид. В середине величаво вращается огромное темное, чуть сплющенное облако, а вокруг него на разных расстояниях плывут по круговым орбитам, расположенным примерно в одной плоскости, оторвавшиеся от него небольшие "облака-спутники". Центральное облако продолжает уплотняться. Но теперь с силой тяготения начинает бороться новая сила - сила газового давления. Ведь в середине облака накапливается все больше частиц вещества. Там возникает "страшная теснота" и "невероятная толчея" частиц. Они мечутся, все сильнее ударяя друг друга. На языке физиков - в центре повышаются температура и давление. Сначала там становится тепло, потом жарко. Снаружи мы этого не замечаем: облако огромно и непрозрачно. Тепло наружу не выходит. Но вот что-то внутри произошло. Облако перестало сжиматься. Могучая сила возросшего от нагрева газового давления остановила работу тяготения. Резко пахнуло нестерпимым жаром, как из жерла внезапно открывшейся печи! В глубине черной тучи стали слабо просвечивать рвущиеся наружу клубы тусклого красного пламени. Они всё ближе и ярче. Шар величаво кипит, перемешивая вырвавшийся огонь ядра с черным туманом своих окраин. Испепеляющий жар заставляет нас отпрянуть еще дальне назад. Однако, вырвавшись наружу, горячий газ ослабил противодействие тяготению. Облако снова стало сжиматься. Температура в его центре опять начала расти. Она дошла уже до сотен тысяч градусов! В этих условиях вещество не может быть даже газообразным. Атомы разваливаются на свои части. Вещество переходит в состояние плазмы. Но и плазма - бешеная толчея атомных ядер и электронов - не может выносить нагрев до бесконечности. Когда её температура поднимется выше десяти миллионов градусов, она как бы "воспламеняется". Удары частиц друг о друга становятся так сильны, что ядра атомов водорода уже не отскакивают друг от друга, как мячики, а врезаются, вдавливаются друг в друга и сливаются друг с другом. Начинается "ядерная реакция". Из каждых четырех ядер атомов водорода образуется одно ядро гелия. При этом выделяется огромная энергия. Такое "ядерное горение" водорода началось и в нашем раскаленном шаре. Этот "пожар" теперь уже не остановить. "Плазма" разбушевалась. Газовое давление в центре заработало с удесятеренной силой. Плазма рвется наружу, как пар из котла. С чудовищной силой она давит изнутри на внешние слои шара и приостанавливает их падение к центру.
Установилось равновесие. Плазме не удается разорвать шар, разбросать его обрывки в стороны. А тяготению не удается сломить давление плазмы и продолжить сжимание шара. Ослепительно светящийся бело-желтым светом шар перешел в устойчивую стадию. Он стал звездой. Стал нашим Солнцем! Теперь оно будет миллиардами лет, не меняя размера, не охлаждаясь и не перегреваясь, светить одинаково ярким бело-желтым светом. Пока внутри не выгорит весь водород. А когда он весь превратится в гелий, исчезнет "подпорка" внутри Солнца, оно сожмется. От этого температура в его недрах снова повысится. Теперь уже до сотен миллионов градусов. Но тогда "воспламениться" гелий, превращаясь в более тяжелые элементы. И сжатие снова прекратится.
Есть в запасе у звезд еще несколько ядерных реакций, требующих для своего начала все более высоких давлений и температур. В них "варятся" ядра все более сложных и тяжелых элементов. В конце концов, все возможные реакции будут исчерпаны. Звезда сожмется, станет крохотным "белым карликом". Потом постепенно остынет, потускнеет. Наконец ,погаснет совсем. Молчаливой невидимкой будет плыть в космосе "чёрный карлик" - холодная "головешка", оставшаяся от некогда бушевавшего мощного костра. Как видим из исходного материала - водорода - в недрах звезд, в ядерных реакциях синтеза "варятся" ядра атомов всех элементов. Можно сказать, что именно там, в недрах звезд, закладывается начало жизни. Ведь именно там возникают ядра "атома жизни" углерода. А за ним и ядра атомов всех других необходимых для жизни элементов таблицы Менделеева. Не обязательно это ценное "варево" оказывается потом похороненным в остывших "чёрных карликах". Во многих звездах, образовавшихся из более крупных сгустков туманностей, ядерное горение проходит слишком бурно. Газовое давление оказывается намного сильнее тяготения. Оно раздувает звезду, рвет её в клочья, разбрасывая во все стороны. Эти грандиозные взрывы в звездном мире иногда наблюдаются с Земли и называются вспышками "сверхновых звезд". В результате взрыва звезда рассеивается в межзвездном пространстве, обогащая его тяжелыми элементами. Это основной источник той таинственной, жизненно важной примеси, о которой мы говорили раньше. Теперь о выделении этой примеси.
1.2 Образование планет
Вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежной силы и начали кружиться вокруг него. Именно здесь создаются условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Происходит нечто похожее на наш древний способ добычи золота промывкой из золотоносного песка или на просеивание зерна в молотилках. Струя воды или воздуха уносит легкие частицы, оставляя тяжелые. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие оно почти не греет. Зато в близких - его жар испаряет все способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный "ветер", выдувает из них все испарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что потяжелее, что "не сдвинешь с места". Поэтому здесь почти не остается легких газов - водорода и гелия, основной составляющей газопылевой туманности. Мало остается и других "летучих" веществ. Все это уносится горячим "ветром" вдаль. В результате через некоторое время химический состав облаков-спутников становится совершенно разным. В далеких - он почти не изменился. А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь "прокаленный" и "обдутый" материал - выделенная "драгоценная жизненно важная примесь" тяжелых элементов. Материал для создания обитаемой планеты готов. Начинается процесс превращения "материала" в "изделие", частиц туманности - в планеты.