31. Зарождение квантовых представлений в физике
В конце XIX века казалось, что физическая картина мира в основном создана. Успехи ньютоновской механики и максвелловской электродинамики были столь грандиозны, что решение оставшихся проблем считалось "делом техники" и ближайшего будущего. Среди этих проблем был и на первый взгляд частный вопрос о спектрах излучения нагретых тел.
В чем же заключалась проблема спектров теплового излучения?
Многочисленными экспериментальными наблюдениями было установлено, что все нагретые тела излучают электромагнитные волны (в том числе, свет), причем в спектре rn этого излучения имеется ярко выраженный максимум.  В частности, если считать, что энергия электромагнитных волн, излучаемых нагретым телом, определяется квадратом их амплитуды (как это имеет место и для маятника, и для колеблющейся пружинки), то в условиях термодинамического равновесия средняя энергия, приходящаяся на любое (!) такое колебание, оказывается равной kT, где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. Отсюда, в частности, следует, что энергия излучения любого тела при любой температуре (определяемая площадью под кривой rn), должна быть бесконечной (!). Этот противоречащий экспериментам факт назвали "ультрафиолетовой катастрофой", так как несоответствие теории и эксперимента проявляется в коротковолновой, "ультрафиолетовой" области спектра.
Чтобы как-то объяснить реальное уменьшение вклада высокочастотных колебаний, М. Планк в 1900 г. выдвинул смелую идею о том, что нагретое тело излучает электромагнитные волны "порциями" (квантами). Энергия Е каждой такой "порции" определяется не амплитудой волны, а ее частотой (!): Е = hn, где h = 6,62Ч 10-34 ДжЧс - постоянная, которую в дальнейшем назвали постоянной Планка. В этом случае средняя энергия излучения не остается постоянной, а уменьшается с ростом частоты. Проведенный Планком расчет спектра rn привел к удивительному согласию с экспериментом. Однако большой радости это не принесло даже самому Планку, так как в основе расчета лежало очень искусственное предположение.
Именно А. Эйнштейн первым подхватил идею Планка, предположив, что электромагнитные волны не только излучаются квантами, но и поглощаются квантами, что позволило ему объяснить (в 1905 г.) загадочные в то время особенности фотоэффекта. Когда же экспериментально было продемонстрировано, что и процесс распространения света имеет квантовый характер (опыты В.Боте, Г. Гейгера, А. Комптона), стало ясно, что электромагнитное поле имеет двойственную корпускулярно-волновую природу: в одних экспериментах (дифракция, интерференция, поляризация и др.) оно ведет себя как электромагнитная волна, в других (излучение нагретых тел, фотоэффект и др.) - как поток "частиц" (квантов), которые назвали фотонами. Такое представление о природе материальных объектов получило название корпускулярно-волновой дуализм.
Квантовая гипотеза Планка легла в основу созданной в 1913 г. Н. Бором новой теории атома, которая еще дальше отходила от ясных представлений классической физики. В частности, Бор предположил, что:
1) электроны в атоме находятся на вполне определенных дискретных орбитах с энергиями Еn, (n = 1, 2 ...), не излучая при этом электромагнитных волн (хотя с точки зрения классической электродинамики любая ускоренно движущаяся заряженная частица должна это делать);
2) при мгновенном (!) переходе с орбиты Еm на орбиту Еn испускается (при n > m) или поглощается (при n < m) квант света hn с энергией, равной разности энергий электрона на соответствующих орбитах hn = Еm - En . И в этом случае, несмотря на "чудовищное" несоответствие постулатов Бора законам классической физики, согласие выводов новой атомной теории с результатами экспериментов было поразительное.
Еще одна "революционная" гипотеза была выдвинута в 1924 г. Л. де Бройлем. "В оптике, - писал он, - в течение столетий слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка?" В соответствии с гипотезой де Бройля движение частицы, имеющей импульс p = mv и энергию Е, связано с некоторым волновым процессом, длина которого l = h / p, а частота n= Е / h, где h - постоянная Планка. В 1928 году эксперименты Дэвиссона и Джермера подтвердили "сумасшедшую" идею де Бройля в опытах по "дифракции" и "интерференции" электронов.

33. Гипотезы происхождения Вселенной. Космологическая модель Энштейна - Фридмана. Гипотеза "Большого взрыва".
Механистическая концепция детерменизма: Все процессы подчиняются закономерностям. Движение в природе - смена состояний, которая будет происходить вечно. Арена этих движений - Вселенная. Свойство которой одинаковы во всех направлениях - вечность, бесконечность, изотропность.
Теория статистической термодинамики (Томпсон и Клаузиус): Современная Вселенная является результатом  флуктуации (колебания), спонтанного, самопроизвольного "прыжка" в упорядоченное состояние. После чего началась медленная релаксация (расслабление) к хаотическому состоянию с максимальной энтропией, когда и вещество, и поле будут распределены в пространстве равномерно и прекратятся все процессы в природе. После этого могут следовать новые флуктуации и так по кругу.
Последняя модель была подвержена критике Ньютоном, Зильгером - Нейманом (Гравитационный парадокс) и Ольберсом.
В феврале 1917 Энштейн применил теорию относительности к Вселенной. Выведенное им уравнение доказывало невозможность стационарного (не изменяющегося со временем) состояия Вселенной. Получалось, что от малейшего "толчка" силы тяготения начнут либо сжимать, либо "распирать" вещество и мир станет неудержимо расширяться. Спустя несколько лет Александр Фридман опубликовал свой труд "расширение Вселенной". О том, что Вселенная расширяется с определенной скоростью. На этой основе американский астрофизик Хаббл вывел формулу скорости расширения, которая была пропорциональна расстояния между галактиками. Но подсчеты по этим формулам показали, что возраст Вселенной состовляет "всего" 2 млрда лет, что не соответствовало даже возрасту земли (4,5 млрд). Из - за этой погрешности был сделан вывод, что все космические объекты, галактики и наша Солнечная система образовались одновременно в момент начала расширения Вселенной. А чтобы был возможен факт образования всех химических элементов, нужно было предположить, что в момент своего зарождения температура Вселенной была очень высока. Так и появилась гипотеза "Большого взрыва".

35. Происхождение и эволюция планеты Земля
Формирование планет солнечной системы происходит в среде второго поколения, которая состоит не только из водорода и гелия, а еще и из других газов, космической пыли и осколков взорвавшихся звезд предыдущих поколений. При формировании солнечной системы сначало произошла первичная дифференциация такой среды, где более тяжелые элементы скапливались в центре, а более легкие по периферии. Они начали образовываться в "комки" на разном расстоянии от Солнца, продолжая собирать газ, крупные и мелкие тела (планетезималии).
I. Период первоначального накопления массы представлял собой непрерывную и очень интенсивную бомбардировку поверхности Земли планетезималиями, в разультате которой происходило нагревание будущей планеты. Другим важным событием самого раннего периода земной истории явилось образование Луны. Существует множество гипотез, но главной считается гипотеза о том, что своему рождению Луна обязана падению крупного небесного тела размером с Меркурий на Землю, что вызвало выброс мантийного материала. Этот этап длился 100 млн лет и был завершен, когда Земля накопила 98% своей массы.
II. Вся последующая геологическая история представляет собой гравитационную дифференциацию (разделение) веществ, обладающих разной плотностью: железо "стекает" к центру земли, образуя ядро, а силикаты и другие легкие вещества поднимаются к поверхности. Процесс формирования ядра сопровождался конвекцией (перемещением) в мантии. В результате процессов формирования ядра на поверхности образуется слой твердых веществ, называемой литосферой, а на её поверхности посредством вулканических процессов - земная кора.
III. Периодизацию геологической истории обычно начинают с архея, в конце которого образовался первый континент. Во время протерозойской эры произошло оледенение, а в конце появилась разнообразная фауна. В фанерозое на поверхности земли существуют уже несколько континентов, которые активно перемещаются. В палеозое опять наступило оледенение, а первые растения начали завоевывать сушу. В самом начале кайнозойской эры Земля подверглась мощному удару астероида, который прекратил жизнь динозавров и ряда других представителей животного мира.

37. Специфика живого и фундаментальные свойства живой материи
Жизнь – это высшая из природных форм движения материи, характеризующаяся самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения. В настоящее время описано более 1 млн видов животных, около 0,5 млн растений, сотни тысяч видов грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Причем число неописанных видов – около 1 млн.
Основные свойства живых систем:
1. Единство химического состава.
2. Открытость живых систем. Живые системы используют  внешние  источники  энергии  в  виде  пищи,  света и т.п. Через  них проходят  потоки веществ и энергии, благодаря чему в системах осуществляется обмен веществ – метаболизм.
3. Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся, самоорганизующиеся системы.
Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные физиологические (или другие) показатели системы. Самоорганизация – свойство живой системы приспособляться к изменяющимся условиям за счет изменения структуры своей системы управления. При саморегуляции и самоорганизации управляющие факторы воздействуют на систему не извне, а возникают в ней самой в процессе переработки информации, которой живая система обменивается с внешней средой. Это означает, что живые системы – самоуправляющиеся системы.
4. Живые системы – самовоспроизводящиеся системы. Живые системы существуют конечное время. Поддержание жизни связано с самовоспроизведением, благодаря чему живое существо воспроизводит себе подобных.
5. Изменчивость живых систем. Изменчивость связана с приобретением организмом новых признаков и свойств. Это явление противоположно наследственности и играет роль в процессе отбора организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям.
6. Способность к росту и развитию.
Онтогенез – индивидуальное развитие организма, охватывающее все изменения от момента зарождения до окончания жизни.
Филогенез – историческое развитие организмов или эволюция органического мира.
7. Раздражимость – неотъемлемая черта всего живого. Раздражимость связана с передачей информации из внешней среды к живой системе и проявляется в виде реакций системы на внешние воздействия.
8. Целостность и дискретность. Живая система дискретна, так как состоит из отдельных, но взаимодействующих между собой частей, которые в свою очередь также являются живыми системами. Например: организм состоит из клеток, являющихся живыми системами; биоценоз состоит из совокупностей различных видов, которые также являются живыми системами.
С дискретностью связаны различные уровни организации живых систем, о чем будет сказано ниже. Вместе с тем живая система целостна, поскольку входящие в нее элементы обеспечивают выполнение своих функций не самостоятельно, а во взаимосвязи с другими элементами системы.
Специфика живого заключается в том, что ни один из перечисленных признаков не является самым главным, определяющим для того, чтобы систему можно было назвать целостной живой системой. Только наличие всех этих признаков вместе взятых позволяет провести границу между живым и неживым в природе. Единственный способ дать определение живому – перечислить основные свойства живых систем.