Гелиоцентрическая и геоцентрическая картины мира

      Каждый  вид представляет собой генетически  замкнутую систему, репродуктивную изолированную от других видов.

      Видообразование - это процесс изменения старых видов и появления новых в результате накопления новых признаков. Видообразование происходит на микроэволюционном уровне. При этом имеет место процесс превращения генетически открытых систем (популяций и групп популяций) в генетически закрытые — устойчивые системы (виды).

      В связи с неодинаковыми условиями  среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы — популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.

      Популяция (populus – от лат. народ. население) – одно из центральных понятий в биологии и обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и имеет общую территорию. Она является первой надорганизменной биологической системой. Популяция есть функциональная единица вида, которая сохраняется как целое, в то время как части ее постоянно замешаются в результате рождения, иммиграции, эмиграции, смерти. С экологических позиций четкого определения определение популяции еще не выработано. Наибольшее признание получила трактовка С.С. Шварца, популяция – группировка особей, которая является формой существования вида и способна самостоятельно развиваться неопределенно долгое время.

      Основным  свойством популяций, как и других биологических систем является то, что они находятся в беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это  отражается на всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре, распределении  в пространстве. Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость. Наука, объединяющая генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, известна как популяционная биология.

      Популяции животных обычно состоят из структурных  групп более низкого ранга: семьи, стада, колонии. Дробление вида на популяции  есть приспособление к разнообразию условий в биосфере. Биосфера неоднородна, в ней имеются:

• микроэкосистемы (лесная дождевая лужа);
• мезоэкосистемы (озеро, пруд, болото, дубрава, бор и т. д.);
• макроэкосистемы (моря, океаны).

      Микроэволюция — процесс преобразования популяции или популяций под действием факторов эволюции. Термин Филипченко (1927). В разработке концепции микроэволюции большую роль сыграли работы С. С. Четверикова, Дж. Холдейна, Р. Фишера, С. Райта, Н. В. Тимофева-Ресовского, Е. Форда, Ф. Г. Добжанского, Э. Майра, Д. Г Симпсона, И. И. Шмальгаузена.

      Под действием элементарных факторов на генофонд популяции происходит изменение  частот отдельных генов. Это приводит к элементарному эволюционному  явлению — изменению генотипического  и фенотипического состава популяции. При длительном однонаправленном воздействии естественного отбора наблюдается дифференциация популяций.

      Микроэволюционные процессы, связанные с применением  инсектицидов, привели к тому, что 350 видов насекомых стали устойчивыми  к инсектицидам. У сотни видов  насекомых обнаружен индустриальный меланизм. Микроэволюционные процессы, начавшиеся сотни тысяч лет назад в районе Берингии, привели к формированию трех видов чаек: клуши, серебристой чайки, хохотуньи.

      Макроэволюция - это эволюция на надвидовом уровне. Термины "микроэволюция" и "макроэволюция" были предложены Ю. А. Филипченко (1927— 29), хотя само разграничение двух этих категорий эволюционных процессов восходит к концепциям американского палеонтолога Э. Копа (1887).Все разнообразие взглядов по происхождению надвидовых таксонов сводят к трем группам концепций: сальтационной, редукционистской и системной.

      Сальтационисты  рассматривают микроэволюцию и  макроэволюцию как качественно  различные процессы, не имеющие между  собой ничего общего. Новые крупные  таксоны возникают посредством  особых механизмов. Макроэволюция - результат крупных скачкообразных преобразований отдельных особей, происходящих посредством макромутаций (сальтаций), а также путем "горизонтального переноса" генетической информации от одного вида к другому. В результате скачкообразно возникают новые виды, резко отличающиеся от родительских форм. Они же дают начало новым надвидовым таксонам. Эта концепция опирается на прерывистость палеонтологической летописи — на отсутствие во многих случаях промежуточных форм.

      Согласно  редукционистской концепции, макроэволюция не имеет никаких собственных механизмов и полностью сводится к микроэволюционным процессам. Дж. Симпсон: "Макроэволюция представляет собой лишь сумму длинной серии непрерывных изменений, которая таксономически может быть разбита на горизонтальные филетические подразделения любой величины, включая подвиды". Макроэволюция есть интегрированное выражение микроэволюционных процессов. Возникновение высших категорий — не что иное, как экстраполяция процессов видообразования. По мнению редукционистов, накапливаясь, микроэволюционные процессы получают внешнее выражение в макроэволюционных явлениях.

      По  системной концепции макроэволюционные преобразования складываются из микроэволюционных изменений, но не сводятся к простой сумме последних.

      Круг знаний о природе становится все шире, и область сопряжения его с безграничным полем незнания превращается в громадное размытое кольцо, усеянное научными идеями – зернами естествознания. Их сменят затем более совершенные. Такова диалектика развития естественно-научного познания окружающего мира. 
 

      3. Второй закон термодинамики. Энтропия

      Чем глубже проникают исследователи  в тайны природы, тем больше стираются  границы между отдельными областями  науки и тем труднее дать точное определение и разграничение  отдельных дисциплин. Это в полной мере относится к предмету термодинамики. Рассматривая взаимные превращения тепла и различных видов энергии, термодинамика представляет собой дисциплину, или скорее даже метод, который очень широко используется физиками, химиками и исследователями в других областях науки для установления внутренней связи между различными явлениями природы и обобщения накопленного экспериментального материала.

      Термодинамика опирается на фундаментальные законы (начала), которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел. Этим объясняется универсальность закономерностей и соотношений между физическими величинами, получаемых при термодинамических исследованиях.

      Первый  закон термодинамики характеризует и описывает процессы превращения энергии с количественной стороны и дает все необходимое для составления энергетического баланса любой установки или процесса. Обычно формулируется следующим образом: теплота, поглощенная системой из внешней среды, идет на увеличение внутренней энергии системы и совершение работы против внешних сил.

      Второй  закон термодинамики, являясь важнейшим  законом природы, определяет направление, по которому протекают термодинамические  процессы, устанавливает возможные  пределы превращения теплоты в работу при круговых процессах, позволяет дать строгое определение таких понятий, как энтропия, температура и т.д. В этой связи второй закон термодинамики существенно дополняет первый.

      В качестве третьего начала термодинамики  принимается принцип недостижимости абсолютного нуля.

      Исторически второе начало термодинамики было сформулировано гораздо раньше первого начала, но со временем оно получало все новое  и новое толкование, а его формулировки становились все более строгими. Впервые основное положение второго начала было дано М. В. Ломоносовым (1747 г.). в работе «Размышления о причинах теплоты и стужи».

      Естественные  процессы всегда направлены в сторону  достижения системой равновесного состояния (механического, термического или любого другого). Это явление отражено вторым законом термодинамики, имеющим большое значение и для анализа работы теплоэнергетических машин.

      Второе  начало термодинамики, определяющее направление  тепловых процессов, формулируется  как закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает; максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии:

      ∆S ≥ 0.

      В соответствии с этим законом, например, теплота самопроизвольно может переходить только от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для осуществления обратного процесса должна быть затрачена определенная работа. В связи с этим второй закон термодинамики можно сформулировать следующим образом: теплота никогда не переходит с более холодного тела на более горячее, тогда как обратный процесс протекает самопроизвольно (постулат Клаузиуса, 1850 г.).

      Второй  закон термодинамики определяет также условия, при которых теплота  может, как угодно долго преобразовываться в работу. В любом разомкнутом термодинамическом процессе при увеличении объема совершается положительная работа. Но процесс расширения не может продолжаться бесконечно, следовательно, возможность преобразования теплоты в работу ограничена. Непрерывное преобразование теплоты в работу осуществляется только в круговом процессе или цикле.

      Элементарное  количество теплоты можно рассматривать  как подводимое (Q>0) и отводимое (Q<0) от рабочего тела. Сумма подведенной  теплоты в цикле |Q1|, а сумма  отведенной теплоты |Q2|. Следовательно,

      Aц=Qц= |Q1| - |Q2|.

      Следует подчеркнуть, что второй закон термодинамики (так же как и первый), сформулирован  на основе опыта. На основании любой из формулировок второго закона термодинамики могут быть доказаны следующие утверждения, которые называются теоремами Карно:

1. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей при данных значениях температур нагревателя и холодильника, не может быть больше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.
2. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от рода рабочего тела, а только от температур нагревателя и холодильника.

      Понятие энтропии

      Односторонность и однонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах подчеркивает второе начало термодинамики. Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие - энтропия. Под энтропией стали понижать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.

      Физический  смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу.

      Часто второе начало термодинамики преподносится  как объединенный принцип существования  и возрастания энтропии. Принцип существования энтропии формулируется как математическое выражение энтропии термодинамических систем в условиях обратимого течения процессов:

      Sобр  = Qобр / Т.

      Оба вывода о существовании и возрастании  энтропии получаются на основе какого-либо постулата, отражающего необратимость  реальных процессов в природе. Наиболее часто в доказательстве объединенного принципа существования и возрастания энтропии используют постулаты Р.Клаузиуса, В.Томпсона-Кельвина, М. Планка.

      В действительности принципы существования  и возрастания энтропии ничего общего не имеют. Физическое содержание: принцип существования энтропии характеризует термодинамические свойства систем, а принцип возрастания энтропии - наиболее вероятное течение реальных процессов. Математическое выражение принципа существования энтропии - равенство, а принципа возрастания - неравенство. Области применения: принцип существования энтропии и вытекающие из него следствия используют для изучения физических свойств веществ, а принцип возрастания энтропии - для суждения о наиболее вероятном течении физических явлений. Философское значение этих принципов также различно. В связи с этим принципы существования и возрастания энтропии рассматриваются раздельно и математические выражения их для любых тел получаются на базе различных постулатов.