Файл: Исследование Космоса Исследование геофизика Люди будущего Заключение Список Литературы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 26
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Но пока людям служит лишь не большая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы колоссальное количество энергии. В мире около 20% - на гидроэлектростанциях (ГЭС)
6.2 Солнечная энергия
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.
Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу.
К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250Вт/м. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного света излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км!
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечёт за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчёты показывают, что для производства 1 Мвт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетики на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.
Пока ещё электрической энергии, рожденными солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые открыли, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
Казалось бы, люди рождены, чтобы исследовать: несомненно, такова природа младенцев, когда они взаимодействуют с окружающей средой, позволяя своему мозгу быстро развиваться. Поддерживать сильное стремление к исследованиям в детстве и юности, обеспечивая при этом защиту от травм и необдуманных решений, является достойной задачей… и такие исследования, безусловно, могут включать изучение природных явлений. Поддержка профессиональных исследований является отличительной чертой процветающих культур. На Земле исследования продолжаются на географических территориях, под землей, в океане и даже в новых приключениях в атмосферных полетах.
Инструменты для исследователей варьируются от навигационного оборудования до методов документирования (камеры, звукозаписывающие устройства и т. д.) до всевозможных приборов для полевых измерений и устройств для сбора образцов. Сейчас в арсенал таких инструментов входят роботы, автономные подводные аппараты и дроны. Специальные транспортные средства предназначены для перевозки людей в негостеприимные территории, а специальные места обитания также обеспечивают безопасные стоянки людей. В некоторых случаях это превратилось в сложные постоянные объекты, такие как база на Южном полюсе. С середины двадцатого века исследования человека теперь включали в себя выходы в открытый космос — сначала на околоземную орбиту, затем на Луну, а теперь (с помощью автоматических космических кораблей) на далекие планеты, их луны, кометы и астероиды.
Следующие большие шаги будут заключаться в том, чтобы позволить людям установить постоянное присутствие на Луне и отправиться на Марс. Хотя прямое участие в таких исследованиях является весьма избирательным, оно основано на гораздо более широкой сети технических разработок, в которых физики могут быть глубоко вовлечены. Наконец, физические устройства и методы позволяют большому количеству людей по-новому взглянуть на знакомую среду, увидеть вещи в разных масштабах, при разном освещении, с разной скоростью и т. д. Примером может служить насадка для персональных мобильных телефонов, которая делает фотографии в инфракрасный. Такие инструменты, основанные на физике, позволяют по-новому исследовать дома, дворы, парки, близлежащие дикие земли, городские пространства, школы и рабочие места, сохраняя культуру исследования здоровой и активной в нашем обществе.
8.1 Исследование космоса
Космическая физика – наука, изучающая космические излучения за пределами атмосферы планеты. Данное направление является для НИИЯФ МГУ основным. Исследования проводятся на искусственных спутниках Земли, Международной космической станции и автоматических межпланетных станциях.
Исследования в этой области важны не только с точки зрения фундаментальной науки для понимания возникновения и строения Вселенной, а также протекающих в ней процессов, но и для развития прикладных радиационных моделей, необходимых как для увеличения сроков активного существования космических аппаратов и снижения радиационной опасности пилотируемых полетов, так и для предотвращения нежелательных наземных проявлений космофизических явлений
Инерция в космосе. Мир полон движения. Движутся звезды, планеты, галактики. Наукой доказано движение невидимых глазом частиц – молекул, атомов. Движение есть основное свойство материи. Механическое движение характеризуется скоростью. Движущееся тело не может само по себе изменить свою скорость. Если на него не действуют никакие другие тела, то тело не может ни ускорить, ни замедлить, ни изменить направление своего движения, оно будет двигаться с какой-то определенной по модулю и направлению скоростью. Свойство тел сохранять модуль и направление своей скорости называется инерцией
Инерция – неотъемлемое свойство движущейся материи. Галилео Галилей первый объяснил явление инерции. Исаак Ньютон сформулировал “закон инерции”: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действия со стороны других тел не изменят этого состояния. Как же используется явление инерции в космосе? Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция – выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна (d=3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит?
И почему Луна не падает на землю? В 1687г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли (а планеты – вокруг Солнца). Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения.
Ньютон утверждал, что между Землей и всеми материальными телами существует сила тяготения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон рассчитал ускорение, сообщаемое Луне Землёй. Ускорение свободно падающих тел у поверхности Земли равно g=9,8 м/с2. Луна удалена от Земли на расстояние, равное примерно 60 земным радиусам. Следовательно, ускорение на этом расстоянии будет : 9,8 м/с2 : 602 = 0,0027 м/с2
8.2 Исследование геофизика
Исследование земли находясь на стыке наук о Земле и прежде всего таких фундаментальных наук, как физика, математика, химия и биология. Земля, в процессе изучения рассматривается, как единое сложное и непрерывно меняющееся физическое тело, являющееся составной частью Солнечной системы и взаимодействующее с ней. Огромна роль геофизики в изучении процессов, протекающих в теле Земли, начиная с глубин земного ядра и кончая водной и газовой оболочками Земли. Без изучения глубоких частей земных недр нельзя вскрыть причины основных геотектонических и магматических процессов; процессов, определяющих лик нашей и причины различий между ликами Земли и других планет земной группы (Трухин и др., 2004, 2005). Все разделы геофизики имеют самое непосредственное отношение к практической деятельности человека – к разведке и добыче полезных ископаемых, освоению энергии земных недр, океанических глубин и космического пространства, прогнозу неблагоприятных явлений, охране окружающей среды и управлению природными процессами. Геофизические исследования основываются на инструментальных наблюдениях, проводимых 10 специальными обсерваториями и станциями: сейсмологическими, геомагнитными, гравиметрическими, метеорологическими, гидрологическими. Большую роль в познании Земли играют экспедиционные исследования и аэрокосмические наблюдения и измерения. Геофизические исследования охватывают самые верхние слои Земной коры, нижние слои атмосферы и прибрежные зоны Мирового океана. С помощью таких приборов, как радиолокаторы, радиотелескопы, телеметрическое оборудование и сверхглубоких буровых установок, искусственных спутников Земли, геофизических ракет, батискафов, можно проникнуть в высокие слои атмосферы, глубины океанов и толщ морского дна.
8.4 Люди будущего
Когда мы думаем о людях будущего, на ум может прийти идея (хорошая или плохая) о генетически измененных сверхлюдях. Однако гораздо более основная и существенная концепция «будущих людей» — это люди, которые являются нашими потомками, и ситуации, с которыми они столкнутся в результате выбора, который мы делаем в течение нашей жизни. Таким образом, одна из ключевых задач физики — помочь нам предвидеть последствия выбора общества, начиная от изменения климата и заканчивая истощением природных ресурсов и эволюцией устойчивых к лекарствам микробов. Другой большой вопрос касается того, как люди могут адаптироваться к все более эффективному машинному интеллекту, особенно если и когда такой интеллект достигнет какой-либо формы независимого сознания?
На следующем уровне мы, безусловно, можем увидеть в современных технологиях способность изменять живых людей с помощью различных протезов и предоставлять различные типы вспомогательных технологий. Существует ряд технологий для замены утраченных конечностей, обеспечения подвижности, улучшения зрения и слуха, использования диализных аппаратов и аппаратов искусственного кровообращения для поддержки пациентов и т. д. Различные типы стимуляторов — внешние или имплантированные — улучшают работу сердца, помогают предотвратить эпилептические припадки и помогают контролировать болезнь Паркинсона. Хотя они ориентированы на помощь людям с заболеваниями, мы, безусловно, видим больше устройств, расширяющих возможности здорового человека. Примеры включают экзоскелеты, которые помогают поднимать тяжелые предметы, роботизированные хирургические устройства, которые обеспечивают хирургу-человеку дополнительную точность и устойчивость, устройства видения дополненной реальности, и даже технологии, которые помогают управлять автомобилями, лодками и самолетами. Вся эта технология явно зависит от использования широкого спектра физических принципов в механике, теории транспорта, электрическом поведении и т. д.
Искусственные органы разрабатываются уже много лет. Некоторые из них являются чисто электромеханическими, например, различные конструкции искусственного сердца. Теперь появляется перспектива выращивания искусственных органов из тканей, полученных из стволовых клеток, даже в формах, которые можно распечатать на 3D-принтере. Сенсорные устройства и сигнальные процессоры, напрямую связанные с мозгом, могут восстановить слух и зрение. Возможно, также достижимы устройства, помогающие обонянию и осязанию. Физика проникает через множество путей, включая модели функции мембраны, когезии тканей, распространения сигнала и т. д.
В конечном итоге мы действительно подошли к вопросам генетической модификации. Этический путь может быть относительно очевиден при лечении неизлечимых болезней. Но где должны быть установлены ограничения в генетическом увеличении силы, ловкости, интеллекта и т. д. На точность методов редактирования генов влияют термодинамические флуктуации и другие физические возмущения (включая, конечно, ионизирующее излучение): физика необходима, чтобы гарантировать, что процесс очень редко приводит к неожиданным, опасным вариациям… и что такие вариации могут быть обнаружены.
6.2 Солнечная энергия
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.
Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу.
К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250Вт/м. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного света излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км!
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечёт за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчёты показывают, что для производства 1 Мвт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетики на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.
Пока ещё электрической энергии, рожденными солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые открыли, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
-
Физика в исследовании
Казалось бы, люди рождены, чтобы исследовать: несомненно, такова природа младенцев, когда они взаимодействуют с окружающей средой, позволяя своему мозгу быстро развиваться. Поддерживать сильное стремление к исследованиям в детстве и юности, обеспечивая при этом защиту от травм и необдуманных решений, является достойной задачей… и такие исследования, безусловно, могут включать изучение природных явлений. Поддержка профессиональных исследований является отличительной чертой процветающих культур. На Земле исследования продолжаются на географических территориях, под землей, в океане и даже в новых приключениях в атмосферных полетах.
Инструменты для исследователей варьируются от навигационного оборудования до методов документирования (камеры, звукозаписывающие устройства и т. д.) до всевозможных приборов для полевых измерений и устройств для сбора образцов. Сейчас в арсенал таких инструментов входят роботы, автономные подводные аппараты и дроны. Специальные транспортные средства предназначены для перевозки людей в негостеприимные территории, а специальные места обитания также обеспечивают безопасные стоянки людей. В некоторых случаях это превратилось в сложные постоянные объекты, такие как база на Южном полюсе. С середины двадцатого века исследования человека теперь включали в себя выходы в открытый космос — сначала на околоземную орбиту, затем на Луну, а теперь (с помощью автоматических космических кораблей) на далекие планеты, их луны, кометы и астероиды.
Следующие большие шаги будут заключаться в том, чтобы позволить людям установить постоянное присутствие на Луне и отправиться на Марс. Хотя прямое участие в таких исследованиях является весьма избирательным, оно основано на гораздо более широкой сети технических разработок, в которых физики могут быть глубоко вовлечены. Наконец, физические устройства и методы позволяют большому количеству людей по-новому взглянуть на знакомую среду, увидеть вещи в разных масштабах, при разном освещении, с разной скоростью и т. д. Примером может служить насадка для персональных мобильных телефонов, которая делает фотографии в инфракрасный. Такие инструменты, основанные на физике, позволяют по-новому исследовать дома, дворы, парки, близлежащие дикие земли, городские пространства, школы и рабочие места, сохраняя культуру исследования здоровой и активной в нашем обществе.
8.1 Исследование космоса
Космическая физика – наука, изучающая космические излучения за пределами атмосферы планеты. Данное направление является для НИИЯФ МГУ основным. Исследования проводятся на искусственных спутниках Земли, Международной космической станции и автоматических межпланетных станциях.
Исследования в этой области важны не только с точки зрения фундаментальной науки для понимания возникновения и строения Вселенной, а также протекающих в ней процессов, но и для развития прикладных радиационных моделей, необходимых как для увеличения сроков активного существования космических аппаратов и снижения радиационной опасности пилотируемых полетов, так и для предотвращения нежелательных наземных проявлений космофизических явлений
Инерция в космосе. Мир полон движения. Движутся звезды, планеты, галактики. Наукой доказано движение невидимых глазом частиц – молекул, атомов. Движение есть основное свойство материи. Механическое движение характеризуется скоростью. Движущееся тело не может само по себе изменить свою скорость. Если на него не действуют никакие другие тела, то тело не может ни ускорить, ни замедлить, ни изменить направление своего движения, оно будет двигаться с какой-то определенной по модулю и направлению скоростью. Свойство тел сохранять модуль и направление своей скорости называется инерцией
Инерция – неотъемлемое свойство движущейся материи. Галилео Галилей первый объяснил явление инерции. Исаак Ньютон сформулировал “закон инерции”: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действия со стороны других тел не изменят этого состояния. Как же используется явление инерции в космосе? Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция – выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна (d=3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит?
И почему Луна не падает на землю? В 1687г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли (а планеты – вокруг Солнца). Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения.
Ньютон утверждал, что между Землей и всеми материальными телами существует сила тяготения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон рассчитал ускорение, сообщаемое Луне Землёй. Ускорение свободно падающих тел у поверхности Земли равно g=9,8 м/с2. Луна удалена от Земли на расстояние, равное примерно 60 земным радиусам. Следовательно, ускорение на этом расстоянии будет : 9,8 м/с2 : 602 = 0,0027 м/с2
8.2 Исследование геофизика
Исследование земли находясь на стыке наук о Земле и прежде всего таких фундаментальных наук, как физика, математика, химия и биология. Земля, в процессе изучения рассматривается, как единое сложное и непрерывно меняющееся физическое тело, являющееся составной частью Солнечной системы и взаимодействующее с ней. Огромна роль геофизики в изучении процессов, протекающих в теле Земли, начиная с глубин земного ядра и кончая водной и газовой оболочками Земли. Без изучения глубоких частей земных недр нельзя вскрыть причины основных геотектонических и магматических процессов; процессов, определяющих лик нашей и причины различий между ликами Земли и других планет земной группы (Трухин и др., 2004, 2005). Все разделы геофизики имеют самое непосредственное отношение к практической деятельности человека – к разведке и добыче полезных ископаемых, освоению энергии земных недр, океанических глубин и космического пространства, прогнозу неблагоприятных явлений, охране окружающей среды и управлению природными процессами. Геофизические исследования основываются на инструментальных наблюдениях, проводимых 10 специальными обсерваториями и станциями: сейсмологическими, геомагнитными, гравиметрическими, метеорологическими, гидрологическими. Большую роль в познании Земли играют экспедиционные исследования и аэрокосмические наблюдения и измерения. Геофизические исследования охватывают самые верхние слои Земной коры, нижние слои атмосферы и прибрежные зоны Мирового океана. С помощью таких приборов, как радиолокаторы, радиотелескопы, телеметрическое оборудование и сверхглубоких буровых установок, искусственных спутников Земли, геофизических ракет, батискафов, можно проникнуть в высокие слои атмосферы, глубины океанов и толщ морского дна.
8.4 Люди будущего
Когда мы думаем о людях будущего, на ум может прийти идея (хорошая или плохая) о генетически измененных сверхлюдях. Однако гораздо более основная и существенная концепция «будущих людей» — это люди, которые являются нашими потомками, и ситуации, с которыми они столкнутся в результате выбора, который мы делаем в течение нашей жизни. Таким образом, одна из ключевых задач физики — помочь нам предвидеть последствия выбора общества, начиная от изменения климата и заканчивая истощением природных ресурсов и эволюцией устойчивых к лекарствам микробов. Другой большой вопрос касается того, как люди могут адаптироваться к все более эффективному машинному интеллекту, особенно если и когда такой интеллект достигнет какой-либо формы независимого сознания?
На следующем уровне мы, безусловно, можем увидеть в современных технологиях способность изменять живых людей с помощью различных протезов и предоставлять различные типы вспомогательных технологий. Существует ряд технологий для замены утраченных конечностей, обеспечения подвижности, улучшения зрения и слуха, использования диализных аппаратов и аппаратов искусственного кровообращения для поддержки пациентов и т. д. Различные типы стимуляторов — внешние или имплантированные — улучшают работу сердца, помогают предотвратить эпилептические припадки и помогают контролировать болезнь Паркинсона. Хотя они ориентированы на помощь людям с заболеваниями, мы, безусловно, видим больше устройств, расширяющих возможности здорового человека. Примеры включают экзоскелеты, которые помогают поднимать тяжелые предметы, роботизированные хирургические устройства, которые обеспечивают хирургу-человеку дополнительную точность и устойчивость, устройства видения дополненной реальности, и даже технологии, которые помогают управлять автомобилями, лодками и самолетами. Вся эта технология явно зависит от использования широкого спектра физических принципов в механике, теории транспорта, электрическом поведении и т. д.
Искусственные органы разрабатываются уже много лет. Некоторые из них являются чисто электромеханическими, например, различные конструкции искусственного сердца. Теперь появляется перспектива выращивания искусственных органов из тканей, полученных из стволовых клеток, даже в формах, которые можно распечатать на 3D-принтере. Сенсорные устройства и сигнальные процессоры, напрямую связанные с мозгом, могут восстановить слух и зрение. Возможно, также достижимы устройства, помогающие обонянию и осязанию. Физика проникает через множество путей, включая модели функции мембраны, когезии тканей, распространения сигнала и т. д.
В конечном итоге мы действительно подошли к вопросам генетической модификации. Этический путь может быть относительно очевиден при лечении неизлечимых болезней. Но где должны быть установлены ограничения в генетическом увеличении силы, ловкости, интеллекта и т. д. На точность методов редактирования генов влияют термодинамические флуктуации и другие физические возмущения (включая, конечно, ионизирующее излучение): физика необходима, чтобы гарантировать, что процесс очень редко приводит к неожиданным, опасным вариациям… и что такие вариации могут быть обнаружены.