Вопросы к экзамену по дисциплине «концепции современного естествознания»

Вопросы к экзамену по дисциплине

«концепции современного естествознания»

специальность «Прикладная математика и информатика»

2012 – 2013 уч. год

Наука как особая форма знания, как познавательная деятельность и как социальный институт. Научное и вненаучное знание. Многообразие форм научного знания: факты, проблемы, гипотезы, теории, парадигмы.
Натурфилософия античных греков как первая форма теоретического знания о мире в целом. Начало процесса дифференциации наук.
Особенности развития натурфилософии в период европейского и арабского средневековья. Исторические этапы развития естествознания: античность, классика, неклассика, постнеклассика. Переход от натурфилософской физики Аристотеля к физике Галилея-Ньютона.
Развитие представлений о фундаментальных типах взаимодействия. Идея симметрии в теориях физических взаимодействий. Квантовая теория поля как современная теория фундаментальных взаимодействий.
Фундаментальные константы, большие числа и антропный принцип. Фундаментальная величина – инвариантная масса.
Геоцентрическая теория Птолемея. Коперниканская революция. Галилей – первая разработка механики. Механика Ньютона. Противоречия механики Ньютона.
Кризис классической картины мира. Проблема эфира. Интерференция света. Опыт Физо. Эксперимент Майкельсона. Гипотеза Лоренца – Фицджеральда.
Скорость света и ее измерение. Эффект Доплера.
Общая теория относительности. Постулаты специальной теории относительности. Закон неизменности скорости света. Линейность преобразования координат и времени.
Преобразования Лоренца. Собственное время инерциальных систем. Относительность одновременности. Эффект Лоренца-Фицджеральда.
Преобразование скорости и ускорения. Теорема сложения скоростей Эйнштейна. Аберрационное смещение звезд.
Пространство Минковского. Мировой вектор и мировая линия. Расстояние между двумя точками в мире Минковского. Перемещение вдоль мировой линии. Собственное время.
Мировые скорости, ускорение и импульс. Второй закон Ньютона в мире Минковского. Релятивистский закон Ньютона в трехмерном пространстве.
Энергия в релятивистской механике. Релятивистская кинетическая и полная энергия точки. Зависимости между массой, энергией и импульсом.
Уравнения движения механических систем. Дефект массы и энергия связи системы. Самопроизвольный распад системы. Эксперименты, подтверждающие выводы теории относительности.
О механике Гамильтона. Невозможность последовательного механического описания систем многих частиц.
Изображение системы в фазовом пространстве. Элемент фазового объема. Вероятность нахождения системы в фазовом пространстве. Теорема Лиувилля. Эргодическая гипотеза.
Микроканоническое распределение. Каноническое распределение Гиббса. Свойства канонического распределения. Физический смысл параметров канонического распределения.
Броуновское движение частицы. Формула Эйнштейна-Смолуховского. Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
Энтропия и вероятность состояний. Распределение Максвелла-Больцмана. Теплоемкость разреженных газов и твердых тел. Классическая теория электронного газа.
Применение методов статистической физики к равновесному излучению. Излучение абсолютно черного тела. «Ультрафиолетовая катастрофа». Предпосылки квантовой механики. Квантовые системы и их свойства. Описание квантовых систем. Применение статистического метода к квантовым системам.
Понятие кванта. Формула Планка. Квантовый осциллятор. Теплоемкость твердых тел. Закон Дебая. Законы равновесного излучения.
Теория фотонов Эйнштейна. Фотоэффект. Корпускулярно-волновой дуализм. Явление интерференции. Интерференция в тонких пленках. Вывод условий максимума/минимума для случая нормального и наклонного падения луча света на поверхность тонкой пластинки.
Основные сведения о свойствах атомов. Классическая модель атома. Опыты Резерфорда. Принцип неопределенности Гейзенберга. Квантовая теория Бора. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена.
Волновые свойства частиц. Волны де-Бройля. Экспериментальное обнаружение волновых свойств частиц. Волновые пакеты. Групповая и фазовая скорости.
Стационарное уравнение Шредингера. Полное уравнение Шредингера. Принцип Паули. Общие сведения о строении сложных атомов.
Общие сведения об атомном ядре. Общие свойства ядерных сил. Стабильность ядер. Альфа-распад. Бета-распад. Гамма-излучение. Модели ядра (капельная, оболочечная).
Космогония. Основные классы космогонических гипотез: катастрофические, аккреционные, небулярные, приливные. Теория О.Ю. Шмидта. Критика теории О.Ю. Шмидта.
Оптические телескопы. Основные конструкции и характеристики.
Элементы планетных и кометных орбит. Линейная скорость движения планеты по орбите. Перемещения перигелиев планетных орбит как следствие теории относительности.
Состав Солнечной системы. Естественные спутники планет. Конфигурации планет.
Система Земля – Луна. Основные характеристики. Годичное движение Земли (параллактические и аберрационные эллипсы).
Сравнительные характеристики планет земной группы и планет – гигантов.
Определение расстояний до тел Солнечной системы. Некоторые характеристики Земли. Приливы.
Малые тела Солнечной системы. Происхождение тел Солнечной системы. Пояс Койпера. Кометы. Основы механической теории комет. Блеск и абсолютные величины комет. Проблема Лапласа. Гипотеза кометного облака Я. Оорта.
Короткопериодические кометы: проблема захвата. Теория извержения.
Звезды. Созвездия. Блеск звезд. Цвета и температуры звезд. Спектральные классы звезд. Расстояния и светимости звезд.
Диаграмма «Спектр – светимость». Диаметры звезд. Массы и плотности звезд. Движения звезд.
Двойные и кратные звезды. Переменные звезды. Типы переменных.
Жизненный цикл звезды. Новые и сверхновые звезды. Внутреннее строение звезд. Происхождение и эволюция звезд.
Млечный Путь. Подсистемы и составляющие Галактики. Понятие о поколениях звезд. Форма и вращение галактик.
Звездные скопления и ассоциации. Строение и гипотезы происхождения. Галактические туманности. Классы туманностей. История наблюдения туманностей.
Радиоастрономия. История появления и выделения как отрасли науки. Черные дыры. Темное вещество галактик и проблема скрытой массы.
Классификация галактик (по Хабблу). Масса, размеры и светимости галактик. Спутники галактик. Радиогалактики. Сейфертовские галактики Взаимодействующие галактики.
Местная группа галактик. Скопления и сверхскопления галактик. Метагалактика. Квазары, квазаги и блазары.
Эволюция Вселенной. Открытие расширения Вселенной. Постоянная Хаббла. Гравитационный парадокс. Средняя плотность вещества во Вселенной и наблюдательное исследование кривизны пространства. Горизонт видимости во Вселенной.
Размерность пространства Вселенной и проблемы космологии. Горячая Вселенная. Образование структуры Вселенной. Принцип Маха.
Основные признаки планеты, пригодной для жизни. Необходимые условия для жизни человека. Оценка вероятности существования планет, пригодных для жизни. Виды пригодных для жизни планет. Астрономические параметры (свойства планет, главного тела, соотношения между параметрами спутников, особые свойства систем двойных звезд).
Космические факторы, влияющие на климат Земли.
Становление химии как науки. Химическая форма движения материи. Атом как исходный уровень химической организации материи. Вещество. Основные понятия и законы химии.
Строение атома. Периодический закон и строение атома.
Типы химической связи. Строение вещества. Валентность и степень окисления.
Тепловые эффекты химических реакций. Скорость химической реакции. Химическое равновесие.
Химия растворов. Теория электролитической диссоциации.
Классификация химических элементов. Водород, кислород, вода: строение и физические свойства. Азот. Углерод и его неорганические соединения.
Органическая химия. Типы углеродных скелетов. Важнейшие углеводороды.
Вода. Тяжелая вода. Клатратные соединения. Состав и строение газовых гидратов.
Уровни организации живой природы. Некоторые проблемы современной биологии.
Сравнение элементарного состава живой и неживой природы. Характеристика органогенных элементов. Молекулярный состав живого вещества. Биологическое значение воды.
Органические вещества. Липиды – связь строения, свойств и функций. Белки, их содержание в живом веществе и молекулярная масса. Биологические функции белков.
Проблема происхождения жизни на Земле. Теория эволюции органического мира Дарвина и современные эволюционные представления.
Биосфера, роль человека в биосфере. Глобальные экологические проблемы и пути их решения.
Нейросинергетика. Нейронные сети. Стохастические системы и процессы. Необратимость времени в эволюции стохастических систем. Модель роста популяций организмов.
Элементы математического моделирования социальных процессов. Модель накопления знаний. Модель гонки вооружений Ричардсона и ее исследование.
Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. Порядок и хаос, открытость и нелинейность, аттракторы и бифуркации как свойства самоорганизующихся процессов.
Понятие самоподобия и фрактальности структур. Примеры реальных образований фрактального типа. Фрактальная геометрия природы.

Перечень вопросов обсужден и утвержден на заседании каф. ПМиМ

«_____» __________________ 200 ___ (протокол № ____)
Преподаватель: _____________________/Дмитриев В.Л./

Заведующий кафедрой: _____________________ /проф. Гималтдинов И.К./