Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ИТОГ-КСЕ-ДО в PDF раздача 2015.pdf

.pdf
Скачиваний:
86
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
19 Mб
Скачать

М1. УЕ 1.2. Естественнонаучная картина мира: основные концепции

знаний (например, геометрия Евклида, механика Ньютона и др.).

Б3. Мысленный эксперимент - метод мысленного внесения определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования.

II. Классификация по широте применимости методов

А. Всеобщие методы, используемые максимально широко:

А1. Метафизический метод – метод рассмотрения явлений без учета их взаимной связи и развития.

А2. Диалектический метод – метод изучения явлений и событий с учетом их взаимного влияния.

Б. Общенаучные методы:

Б1. Анализ − метод расчленения целого предмета на составляющие части с целью их всестороннего изучения;

Б2. Синтез − метод соединения ранее выделенных частей объекта в единое целое;

Б3. Абстрагирование – метод отвлечения от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих нас свойств и отношений;

Б4. Обобщение – прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

Б5. Индукция − метод получения общего вывода на основе частных посылок;

Б6. Дедукция − метод получения частных выводов на основе знания каких-то общих положений;

Б7. Моделирование − метод изучения объекта (оригинала) путём создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя.

В. Частнонаучные методы – это методы, специфичные для отдельных наук. Спектральный анализ в астрофизике, титриметрический метод в химии, близнецовый метод в генетике человека и т.д.

Научная картина мира

Научная картина мира включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определенное понимание мира и места человека в нем. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет Мир, в котором живет, т.е. понятие «картина мира» не есть нечто застывшее, это понятие развивается по мере познания мира. Важно отметить, что научная картина мира формируются в любой науке, как только она оформляется в качестве самостоятельной отрасли научного знания. Принято говорить о физической, астрономической, биологической и т.п. картинах мира.

17

Гавриков Д.Е.

М1. УЕ 1.2.

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная картина мира:

о материи;

о движении;

о пространстве и времени;

о взаимодействии;

о причинности, закономерности и случайности;

о космологии (общем устройстве и происхождении мира). Современное естествознание стремится создать общую естественнонауч-

ную картину мира (ЕНКМ) − упорядоченную систему знаний о Вселенной и человеке, формирующуюся на базе открытий и достижений, прежде всего естествознания (астрономии, физики, химии, биологии и др.).

ЕНКМ выполняет важные методологические функции: помогает строить научные теории и новые научные дисциплины на стыках наук. Это делает естественнонаучную картину мира одной из важнейших форм теоретического знания.

В перспективе ЕНКМ должна представлять собой единую модель природы, характеризуемую рядом фундаментальных общенаучных идей. Однако такая модель еще далека от реализации.

Отличие естествознания от других естественных наук состоит в

том, что оно пытается построить единую картину мира

Основные принципы построения ЕНКМ:

1.Системность ориентирует исследователя на целостный охват изучаемых явлений и процессов, с учетом единства элементов и структуры, целого и части, и, тем самым, предостерегает от одностороннего и неполного результата.

2.Самоорганизация означает способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции.

3.Историчность указывает на принципиальную незавершенность настоящей и любой другой картины мира в силу неисчерпаемости материи и, следовательно, бесконечности процесса познания.

4.Универсальный эволюционизм устанавливает связь между неживой, живой и социальной материей. Принципы универсального эволюционизма:

а) всё во Вселенной существует в постоянном развитии, эволюции; б) настоящее и будущее зависят от прошлого, но не предопределяются

им.

Ядром каждого определенного этапа развития ЕНКМ является частная картина той отрасли науки, которая занимает в данный период лидирующее положение в естествознании. Стержнем современного естествознания является физическая картина мира, поскольку физика занимает в нем лидирующее положение.

В историческом развитии одна картина мира сменяла другую, по мере появления новых знаний об окружающем мире. Далее рассмотрим картины мира и их особенности.

18

М1. УЕ 1.3.

Естественнонаучная картина мира: основные концепции

ВВЕДЕНИЕ В УЕ 1.3.

Особенности развития естествознания и его история

Цель изучения

1.Выяснить особенности исторического развития естествознания;

2.Изучить пять основных физических категорий, описывающих окружающий мир;

3.Проследить за изменениями представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии;

4.Познакомиться с историей естествознания.

Что Вы должны знать и уметь перед началом изучения

достаточно знать историю в рамках школьной программы;

иметь общие представления о физических/философских категориях материя, движение, пространство, время, взаимодействие.

В результате изучения Вы будете знать

основные этапы исторического развития естествознания;

пять физических категорий (материя, движение, пространство, время, взаимодействие) и особенности развития представлений о них;

что такое научная революция.

Ход изучения

1.Прочитайте теоретическую часть УЕ 1.3.

2.Рассмотрите приведенные примеры (где приведены).

3.По ходу изучения отвечайте на вопросы (самоконтроль):

а) Что такое материя и как менялись представления о ней начиная с периода натурфилософии и до наших дней?

б) Как менялись в разные исторические периоды представления о движении, пространстве и времени?

в) Что такое взаимодействие и как менялись представления о нем начиная с периода натурфилософии и до наших дней?

г) Перечислите основные особенности периода натурфилософии и средневекового периода?

д) Что такое научная революция и какие научные революции произошли до нашего времени?

19

Гавриков Д.Е.

М1. УЕ 1.3.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ УЕ 1.3. Особенности развития естествознания и его история

Вес – сила, с которой тело действует на опору или пружину. Иначе, сила,

скоторой сила тяготения притягивает тело в зависимости от массы.

Взаимодействие – способ существования материи, свойство тел оказывать взаимное влияние друг на друга.

Время – это последовательность несущихся друг за другом событий. Или, это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связывающее их в единое целое.

Движение – рассматривается в самом общем виде как изменение состояния (пространственно-временных координат) системы.

Масса – мера инертности вещества, выражается, например, в кг.

Материя это окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами при помощи органов чувств.

Научная революция – этап развития науки, во время которого старые научные представления замещаются частично или полностью новыми, появляются новые методы, материальные средства, оценки и интерпретации, плохо или полностью несовместимые со старыми представлениями.

Пространство – это отношение между совместно существующими объектами, которое выражается в том, что все тела расположены друг относительно друга и имеют протяженность, т.е. форму и размеры.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ УЕ 1.3. Особенности развития естествознания и его история

Характерными особенностями развития естествознания являются:

1.Неразрывная связь его истории с развитием общества и производственных отношений.

2.Наличие периодов эволюционного (плавного) и революционного (скачкообразного) развития.

3.Развитие идет по пути дифференциации и интеграции знания.

Естествознание пытается ответить на вопросы, которые испокон веков интересовали человека: из чего построен мир и человек, почему всё изменяется и так далее. Все эти многочисленные вопросы можно свести к нескольким основным:

Вопрос Философская/научная категория

Из чего все состоит? Материя

Почему все изменяется? Движение Где всё происходит? Пространство и время

Как всё связано? Взаимодействие

20

М1. УЕ 1.3.

Естественнонаучная картина мира: основные концепции

1. Материя это окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами при помощи органов чувств.

Движенья&нет,&сказал&мудрец&брадатый.&

Другой&смолчал&и&стал&пред&ним&ходить.&

Сильнее&бы&не&мог&он&возразить;&

Хвалили&все&ответ&замысловатый&

Но,&господа,&забавный&случай&сей&

Другой&пример&на&память&мне&приводит:&

Ведь&каждый&день&пред&нами&солнце&ходит,&

Однако&ж&прав&упрямый&Галилей.&

А.С.$Пушкин$

$

2.Движение – способ существования материи. Рассматривается в самом общем виде как изменение состояния (пространственно-временных координат) системы. Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени, которые за длительный период развития естествознания претерпели существенные изменения.

3.В современном представлении пространство - это отношение между совместно существующими объектами, которое выражается в том, что все тела расположены друг относительно друга и имеют протяженность, т.е. форму и размеры.

4.Время – это последовательность несущихся друг за другом событий. Или это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связывающее их в единое целое. Оно выражается в последовательном появлении объектов и их продолжительности.

5.Взаимодействие – способ существования материи, свойство тел оказывать взаимное влияние друг на друга. Независимо от того, притягиваются ли частицы между собой, отталкиваются или распадаются на другие частицы, - они взаимодействуют друг с другом. Все многообразие взаимодействий современная физика сводит к 4 основным - сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

Для удобства сравнения, рассмотрим каждое понятие отдельно от других в разные исторические периоды (табл. 1).

21

Гавриков Д.Е.

М1. УЕ 1.3.

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии.

1.МАТЕРИЯ

Натурфилософия

Материя состоит из стихий (земля, огонь, вода, воздух) (Фалес, Гераклит). Материя состоит из вечных неделимых атомов (корпускул), разного размера и формы, которые движутся в пустоте (Левкипп, Демокрит).

Аристотель, однако, считает, что пустоты нет, все пространство заполняет первоматерия – эфир.

Механическая картина мира

Материя это субстанция, состоящая из отдельных (дискретных1) атомов.

Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса2. И. Ньютон.

Электромагнитная картина мира

Материя существует в двух видах - вещество и непрерывное электромагнитное поле.

Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность (Д. Максвелл).

Квантово-полевая картина мира

Материя состоит из вещества и поля.

Квантово-волновой дуализм3 - каждый элемент материи обладает свойствами волны и частицы, но не может проявлять и те, и другие свойства одновременно (М. Планк, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, Н. Бор).

Современная картина мира

В современной картине мира кроме вещества и поля выделяют информацию.

Существует еще физический вакуум – форма материи, лишенная вещества и излучения, но характеризующаяся активностью, возникновением и уничтожением виртуальных частиц, способных находиться в одном из многих состояний, различающихся энергиями и давлениями.

1Дискретный – состоящий из отдельных частей, прерывистый.

2Масса - мера инертности вещества, выражается, например, в кг, а вес - сила, с которой тело действует на опору или пружину (поэтому и говорят - взвесили - т.е. поставили на весы, а весы показали вес деленный на ускорение свободного падения, т.е. массу).

3Дуализм – двойственность.

22

М1. УЕ 1.3.

Естественнонаучная картина мира: основные концепции

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, взаимодействии (продолжение).

ДВИЖЕНИЕ

Натурфилософия

Существуют два вида движения (Аристотель):

а) «естественное» прямолинейное движение, заложенное в природе самих тел (каждое тело знает свое место, куда оно и стремится)). Воздух и огонь стремятся вверх, камень – вниз.

б) «насильственное» (связанно с действием сил на тела; пока есть действие силы – есть движение, если действие убрать, то и движение пре-

Источник всякого движения перводвигатель (Бог) (Аристотель). Все происходящее в мире сводится к перемещению тел или частиц по своим траекториям.

Механическая картина мира

Существует один вид движения – механическое перемещение тел в пространстве и времени.

Первоисточник движения – Бог.

Движение описывается механическими законами:

1 закон механики: в отсутствие внешних сил любое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (по инерции); при действии на тело некоторой силы его скорость изменяется.2 закон механики: скорость изменения скорости тела, то есть его ускорение, пропорциональна действующей на него силе и обратно пропорциональна массе.

3 закон механики: любой силе найдется равная ей, но противоположно направленная.

4 закон механики (Всемирного тяготения): сила тяготения между телами напрямую зависит от их масс и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

Все происходящее в мире сводится к перемещению тел или частиц по своим траекториям.&

Электромагнитная картина мира

Движение – это не только движение частиц, но и распространение поля в виде электромагнитных волн.

Квантово-полевая и современная картины мира

Существует множество форм движения материи (простое перемещение в пространстве, биологическое движение (например, обмен веществ, саморегуляция), химическое движение (например, изменение агрегатного состояния вещества) и т.д.

Движение - частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Переносчиками взаимодействия являются элементарные частицы.

23

Гавриков Д.Е.

М1. УЕ 1.3.

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии (продолжение).

3-4. ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ

Натурфилософия

Пространство и время – это система отношений между материальными телами (Аристотель). Пространство однородно и бесконечно (Евклид). Может существовать абсолютно пустое пространство (Демокрит). Невозможно абсолютно пустое (без материи) пространство (Аристотель).

Время бесконечно и немыслимо без движения (Аристотель) Измерить время можно с помощью любого периодического движения.

Механическая картина мира

Пространство трехмерно (длина-ширина-высота), однородно (в нем нет выделенных точек), изотропно (свойства пространства одинаковы во всех направлениях) и постоянно.

Время одномерно, однородно, необратимо (всегда идет от прошлого через настоящее к будущему) и не зависит от пространства.

Пространство и время не связаны материей, с движением тел, они имеют абсолютный характер

Абсолютное пространство (Ньютон) – неизменно и неподвижно (если мир и все тела в нем вдруг исчезнут, то останется некий пустой «ящик» – абсолютное, «чистое» пространство). Абсолютное время (Ньютон) – течет одинаково во всей Вселенной.

А. пространство и а. время полностью независимы от физических процессов (например, абсолютные пространство и время не зависят от скорости движения тел, от их массы и т.д.).

Относительное пространство и время (Ньютон) – те, что доступны нашим органам чувств, которые можно оценить и измерить.

Электромагнитная картина мира

Пространство и время связаны с материей.

Квантово-полевая и современная картины мира

Пространство связано со временем и с материей.

Существует 4-хмерный пространственно-временной континуум (специальная теория относительности А.Эйнштейн).

Пространство может искривляться. Время может замедляться (общая теория относительности А.Эйнштейн).

24

М1. УЕ 1.3.

Естественнонаучная картина мира: основные концепции

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии (окончание).

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Натурфилософия

Одно тело оказывает влияние на другое, отчего последнее начинает двигаться (Аристотель).

Механическая картина мира

Единственный тип взаимодействия это тяготение.

Электромагнитная картина мира

Кроме тяготения (гравитационное взаимодействие) существует еще и электромагнитное.

Квантово-полевая картина мира

гравитационное взаимодействие - отвечает за притяжение между телами, имеющими массу; примеры: Луна и Земля; самое слабое из всех четырёх типов взаимодействия.

электромагнитное взаимодействие - сильнее гравитационного, может распространяться на бесконечные расстояния; примеры: частица света – фотон, радиоволны, тепло от обогревателя.

сильное взаимодействие – обеспечивает «склейку» между элементарными частицами ядра (протон+нейтрон). Открыто в XX веке.

слабое взаимодействие - ответственно за распады частиц; примеры: частица - нейтрино, радиоактивность, бета-распад. Открыто в XX веке.

По величине относительной интенсивности типы взаимодействия (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

В современной картине мира делается попытка объединить все четыре взаимодействия в рамках теории Великого объединения.

Современная картины мира

гравитационное взаимодействие – переносчик: квант гравитационного взаимодействия - виртуальная частица - гравитон.

электромагнитное взаимодействие – переносчик: квант электромагнитного взаимодействия - виртуальная частица - фотон.

сильное взаимодействие – переносчик: виртуальная частица - глюон.

слабое взаимодействие - переносчик: виртуальные частицы – промежуточные векторные бозоны.

Делается попытка объединить все четыре взаимодействия в рамках теории Великого объединения.

Отметим некоторые общие особенности исторического развития естествознания (Табл. 2).

25

М1. УЕ 1.3.

Естественнонаучная картина мира: основные концепции

Таблица 2. История естествознания

ПЕРИОД ВРЕМЯ

VI

до н.э.

ОСОБЕННОСТИ

абстрактность, космоцентризм, первоначала всех вещей «стихии»

 

V –

 

IV

I

до н.э.

ПЕРИОД

 

НАТУР-

 

ФИЛО-

 

СОФИИ

IV –

 

I до н.э.

 

I до н.э.

 

 

IV н.э.

II

 

ПЕРИОД

до XIII –

СХОЛА-

XV н.э.

СТИКИ

 

атомизм

продолжение идей атомизма развитие математики и механики атомистика астрономия

геоцентризм

слияние философии

с религией «вера выше разума» астрология и алхимия

ЛЮДИ / ИДЕИ

Гераклит – «огонь», безостановочное движение и изменение всего;

Фалес – «вода»; Анаксимен – «воздух»;

Пифагор – земля центр Вселенной, все в мире может быть определено числами.

Демокрит – все в мире состоит из мельчайших, более неделимых частиц – атомов (в мире нет ничего кроме атомов и пустоты);

Аристотель – систематизировал знаний. Считал, что весь материальный мир состоит из непрерывной субстанции, находящейся в постоянном движении. Все объекты природы существуют вечно, преобразуясь из одной формы в другую. Вселенная шарообразна, конечна неоднородна и неизменна

Евклид – основы математики; Архимед – механика, математика в естествознании;

Эпикур – поправки к теории Демокрита.

Лукреций (Тит Лукреций Кар) – вечность материи, продолжение идей атомизма;

Птолемей – геоцентрическая модель (Земля – неподвижный шар в центре Вселенной, вокруг которой равномерно и по кругу движутся небесные тела).

Фома Аквинский – связал христианское вероучение с философией Аристотеля. Все мироздание – это универсальный порядок, который установлен богом.

Авиценна – существует 3 субстанции – разум, душа и вера. Деятельный разум управляет миром.

Ибн Рушд (Аверроэс) – материя вечна как сам Бог (природа максимально независима от Бога, и сама может творить свои частные, конечные формы).

ОБЩЕСТВО/ КУЛЬТУРА

Формирование городовгосударств, Торговля, денежные отношения, Эллинская языческая культура Рабовладение, демократия Расцвет рабовл.строя, появление христианства

Феодализм, власть церкви

26