ИТОГ-КСЕ-ДО в PDF раздача 2015.pdf
.pdfМ1. 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