Концепции современного естествознания

Аннотация ……………………………………………………………………..6..

Требования ГОС к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по дисциплине «Концепции современного естествознания»………………………………………………………………….7 …..

Введение…………………………………………………………………………...8

Тема 1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Наука и её роль в современном мире………………………………………………………………9

1.1Культура. Специфика естественнонаучной и гуманитарной культур..9

1.2Наука и её роль в современном мире. Естественные и гуманитарные науки………………………………………………………………………9

Тема 2.История развития естествознания. Панорама современного естествознания………………………………………………………………….11

2.1История естествознания. Понятие о научных революциях…………11

2.2Панорама и важнейшие достижения современного естествознания..15

2.3Тенденции развития современного естествознания………………….17

Тренировочный тест по темам 1-2……………………………………………18 Контрольные вопросы по темам 1-2…………………………………………19 Тема 3. Естественнонаучное познание. Научный метод,…………………..20

3.1Естественнонаучное познание и его структура……………………...20

3.2Методы естественнонаучного познания…………………………… 20

3.3Принципы познания в естествознании: причинность, наблюдаемость, отбор, симметрия. Критерии научности…………………………………….22

3.4Состояние физической системы………………………………………24

3.5Динамические и статистические закономерности в природе………24

3.6Термодинамический метод исследования макросистем. Понятие об энтропии………………………………………………………………….26

3.7Процессы самоорганизации в природе. Понятие о синергетике…..28 Тренировочный тест по теме 3………………………………………………30 Контрольные вопросы по теме 3…………………………………………… 31 Тема 4. Фундаментальные концепции физического описания природы…31

4.1Материя. Движение. Взаимодействия. Дальнодействие и близкодействие……………………………………………………….31

4.2Корпускулярные и континуальные концепции описания природы.34

4.3Концепции пространства и времени…………………………………35

4.3.1Основные свойства пространства и времени…………………..35

4.3.2Пространство и время в классической механике. Механический Принцип относительности Галилея……………………………..36

4.3.3Пространство и время в свете теории относительности Эйнштейна………………………………………………………………………37

Тренировочный тест по теме 4……………………………………………….40 Контрольные вопросы по теме 4…………………………………………… 41 Тема 5. Естественнонаучная картина мира………………………………….41

5.1Особенности современной естественнонаучной картины мира…..43

3

5.2Структурные уровни организации материи…………………………..44

5.3Корпускулярно-волновой дуализм света……………………………45

5.4Концепции микромира………………………………………………..46

5.4.1Основные идеи и принципы квантовой механики…………….47

5.4.2Эволюция представлений о строении атома………………… 49

5.4.3Строение атомного ядра. Понятие о кварках и ускорителях элементарных частиц……………………………………………50

5.5Концепции мегамира………………………………………………….53

5.5.1Современные представления о Вселенной……………………53

5.5.2Структура Вселенной…………………………………………...54

5.5.3Солнечная система………………………………………………57

5.5.4Земля – планета Солнечной системы…………………………61

5.5.5Антропный принцип. Тонкая подстройка Вселенной……… .64 Тренировочный тест по теме 5……………………………………………….65 Контрольные вопросы по теме 5……………………………………………..66 Тема 6. Химические концепции………………………………………………67

6.1Место химии в современном естествознании……………………..67

6.2Химический элемент. Химические вещества……………………...68

6.3Химические связи……………………………………………………69

6.4Химические реакции. Реакционная способность………………….70

6.5Биохимические концепции………………………………………….71

Тренировочный тест по теме 6……………………………………………….73 Контрольные вопросы по теме 6……………………………………………..74 Тема 7. Биологические концепции…………………………………………...74

7.1Концепции возникновения жизни………………………………….75

7.2Сущность живого, его основные признаки……………………….77

7.3Структурные уровни живого……………………………………….78

7.4Клетка как «первокирпичик» живого. Понятие о стволовых клетках…………………………………………………………………………80

7.5Механизм управления клеткой…………………………………….83

7.6Генетика. Генная инженерия……………………………………….85

7.7Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем..88

7.8Понятие о биоэтике………………………………………………….91

Тренировочный тест по теме 7………………………………………………..94 Контрольные вопросы по теме 7……………………………………………..95 Тема 8. Происхождение и эволюция человека……………………………...95

8.1Человек как предмет естественнонаучного познания…………..95

8.2Возникновение человека ( антропогенез )……………………….96

8.3Биологическое и социальное в историческом и индивидуальном развитии человека………………………………………………… 99

8.4Сознательное и бессознательное в человеке…………………….100

8.5Человек: индивид и личность…………………………………….102

Тренировочный тест по теме 8. ……………………………………………104

Контрольные вопросы по теме 8……………………………………………105

4

Тема 9.Биосфера. Учение В.И.Вернадского о биосфере. Ноосфера…….106

9.1Человек и биосфера. Ноосфера…………………………………107

9.2Человек и космические циклы. Необратимость времени……..108 Тренировочный тест по теме 9………………………………………………109 Контрольные вопросы по теме 9……………………………………………110

Литература……………………………………………………………………110

Итоговый тест для контроля знаний………………………………………... 112. Вопросы для подготовки к зачёту………………………………………… 120 Примерная тематика рефератов и презентаций……………………………121

Глоссарий……………………………………………………………………..122

Список цитируемой литературы……………………………………………122

Об авторе

Шевченко Инна Викторовна.

Окончила физико-математический факультет Саратовского государственного педагогического института, очную аспирантуру по кафедре молекулярной спектроскопии. Кандидат физикоматематических наук, доцент. Работала заведующей кафедрой физики в Саратовском высшем военном инженерном училище

ракетных войск, затем в Казанском артиллерийском университете, в настоящее время – доцент Казанского института экономики, управления и права. Автор более семидесяти научных статей и учебно-методических пособий, из них более десяти статей опубликованы в академических журналах.

Аннотация

Дисциплина «Концепции современного естествознания» является одной из фундаментальных в современной системе подготовки

гуманитарную сферу, они дают представление о структуре и свойствах окружающего мира, о месте Человека в этом мире, способствуют выработке

5

адекватного отношения к нему. Естественные науки позволяют не только создавать новейшие технологии, но и способствуют формированию научного мировоззрения и особого типа рационального мышления у людей, профессиональная деятельность которых не имеет прямого отношения к естествознанию: экономистов, юристов, психологов, менеджеров и т.п. Концептуальные знания о важнейших достижениях современного естествознания необходимы любому образованному человеку независимо от рода его деятельности.

Курс «Концепции современного естествознания» позволяет студентам на основе полученных знаний сформировать представление о современной естественнонаучной картине мира, а также противостоять получившим распространение в последнее время антинаучным взглядам, псевдонаукам типа астрологии, магии, эзотерических учений и т.д.

Методологическим стержнем курса является эволюционносинергетическая парадигма, которая органически объединяет принципы универсального эволюционизма и самоорганизации и поможет студентам осмыслить диалектику развивающегося мира как единой целостной системы.

При рассмотрении основных концепций физики, химии, биологии и других естественных наук студенты встретятся со специфической терминологией ( выделено курсивом), толкование которой даётся в конце учебного пособия в глоссарии .

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е Р Е К О М Е Н Д А Ц И И

Уважаемый студент дистанционной формы обучения! Мы уверенны в том, что Вы осознанно выбрали такую форму получения образования, а это значит, что в Вашей учёбе большая доля времени должна быть отведена на с а м о с т о я т е л ь н у ю р а б о т у . Знания не приходят сами по себе, их нужно усердно добывать, и у Вас всё получится !

В предлагаемом Вам пособии излагается материал по девяти темам. В конце тем даются тесты для самопроверки ( тренировочные) и контрольные вопросы. В конце пособия приведены тесты по всему курсу. Для получения зачёта по дисциплине Вам необходимо из каждой темы выбрать по одному вопросу и дать на него ответ в объёме не более 1,5 страниц. Получится всего 9 ответов. Ответы по темам можно заменить презентациями (2-3).

Затем проработать тест в конце пособия и отметить в нём правильные ответы. Весь этот материал Вы перешлёте по электронной почте своему преподавателю (тьютору).

Если по какой-либо причине такая форма отчётности Вам покажется неудобной, то можно сдавать зачёт в традиционной форме – по билетам. Для этого в конце пособия приведены вопросы для подготовки к зачёту.

6

Не ограничивайтесь материалом в электронном варианте. Обязательно используйте литературу, которая указана в конце пособия – автора выберите сами.

ТРЕБОВАНИЯ ГОС К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; тенденции развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие, дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределённости, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принцип возрастания энтропии; химические процессы, реакционная способность веществ; внутреннее строение и история геологического развития Земли; современные концепции развития геосферных оболочек; литосфера как абиотическая основа жизни; экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая; географическая оболочка Земли; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера, необратимость времени, самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.

Используемые в тексте сокращения

СТО – специальная теория относительности; ОТО – общая теория относительности; ЕНКМ – естественнонаучная картина мира; ТСВ – тепловая смерть Вселенной; БВ – большой взрыв;

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота; РНК – рибонуклеиновая кислота; ГМ – генно-модифицированный.

7

ВВЕДЕНИЕ

Окружающий нас мир природы не перестаёт удивлять нас своим разнообразием. В нём есть место порядку и хаосу, гармонии и катастрофам, бесконечно малому и бесконечно большому, живому и неживому, красивому и безобразному, простому и сложному. Нас поражает целесообразность и гармония, царящие во всём этом многообразии природы, но, по выражению великого Эйнштейна, «самое удивительное свойство нашего мираэто то, что он познаваем».

Современные науки (физика, химия, биология, социальные науки) дают нам частичные знания о мире, но жизнь во Вселенной не расчленена на отдельные процессы, она представляет собой органическое целостное единство. Дисциплина Концепции современного естествознания и

предназначена для формирования целостного научного мировоззрения, для понимания современной естественнонаучной картины мира.

ТЕМА 1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры Наука и её роль в современном мире

1.1 Культура. Специфика естественнонаучной и гуманитарной культур.

Одной из отличительных особенностей человеческой жизнедеятельности является то, что она проходит не только в естественном мире ( в мире природы), но и в том мире, который человек создаёт себе сам – в мире культуры. Под культурой в широком смысле понимается совокупность материальных и духовных ценностей, создаваемых веками человеком и человечеством. Это достижения в социальной, производственной, научной, технической, интеллектуальной деятельности. Все достижения материальной и духовной культуры вместе с носителями этой культуры, т.е людьми, составляют цивилизацию. Самостоятельными составляющими духовной культуры являются наука, искусство, религия.

Мир человеческой культуры существует не обособленно от природы, а внутри неё. Любой объект культуры имеет природную основу и социальное содержание. Результатом этой двойственности и явилось возникновение двух типов культуры: естественнонаучной и гуманитарной., которые почти до середины 20-го века развивались параллельно, нигде не пересекаясь. По мнению Ч.П.Сноу, духовный мир интеллигенции раскололся на две противоположные части. На одном полюсе – художественная интеллигенция («лирики»), на другом – учёные («физики») Такое противостояние имело отрицательные последствия, одним из которых можно считать, например, наметившийся экологический кризис как результат дисбаланса естествознания (с соответствующими новыми технологиями) и этическими и

8

эстетическими нормами. С середины 20-го века намечается тенденция к сближению естественной и гуманитарной культур.

1.2 Наука и её роль в современном мире. Естественные и гуманитарные науки

Из всех видов знаний, доступных человеку, наиболее точными, а, следовательно, и наиболее ценными для успеха в его деятельности, являются н а у ч н ы е знания, специфика которых состоит в следующем: 1) Наука представляет собой знания объективные, она стремится познать окружающий мир таким, каков он есть, не отдавая предпочтений никаким явлениям, не преуменьшая их и не преувеличивая. Человек науки должен быть равнодушен и невозмутим по отношению к окружающему миру. 2) Наука представляет собой знания рациональные, т.е. обоснованные и доказательные. Для этого служит набор научных методов (наблюдения, эксперимент, логические умозаключения и т.д.). 3) Научное знание системно. Наука это не совокупность отрывочных знаний, а стройная система принципов, положений, которые связаны между собой и не противоречат друг другу.

Основное предназначение науки - систематизация, упорядочение сложных явлений окружающего мира, она связана с познавательной деятельностью людей, является формой общественного сознания и непосредственной производительной силой; наука напрямую участвует в образовании и профессиональной подготовке специалистов, она является проявлением информационной сущности общества, базовым показателем национальной культуры, гарантом прогрессивного развития государства. Наука является одним из способов постижения мира.

Основная задача научного знания заключается в обнаружении объективных законов действительности, исследовании, в первую очередь, общих, существенных свойств предмета или явления, их необходимых характеристик и их выражении в системе абстракций. Без этого не может быть науки, т.к. само понятие научности предполагает открытие законов, углубление в сущность изучаемых явлений.

Науки тоже принято подразделять на естественные и гуманитарные. Естественные науки это науки о природе (физика, химия, биология, астрономия и др.), они позволяют познавать окружающий нас мир природы, они составляют теоретическую основу техники, медицины, современных технологий (нанотехнологии, биотехнологии), являются научным фундаментом философского материализма. Как правило, естественные науки подкреплены математикой, поэтому их называют т о ч н ы м и науками. Но есть исключения. Например, в настоящее время естественнонаучные знания являются определяющим фактором в экономике – базовым ресурсом, орудием конкуренции. Человек, способный умело и эффективно управлять – менеджер, должен обладать всесторонними фундаментальными знаниями, среди которых важнейшую роль играют естественнонаучные знания.

9

Естественнонаучные знания нередко называют интеллектуальным капиталом. Гуманитарные науки – это науки о человеке, общественном бытии и сознании. К ним относятся история, филология, обществознание и многие другие, которые представляют человеческую и культурную реальность. Есть науки пограничные, например, психология.

Методологическое сопоставление естественных и гуманитарных наук часто даёт замечательные научные результаты. Например, современное естествознание невозможно представить без статистических методов исследования, но зародились они в гуманитарных науках, в трудах социологов-экономистов. Междисциплинарный подход становится особенно важным в современной науке, где социальное и естественнонаучное понимание имеют единую конечную цель – достичь истинного знания. Гармония Человека и Природы может быть достигнута только в единстве естественнонаучной и гуманитарной культур, результатом которого должно быть формирование единой науки о человеке, обществе, государстве, природе и жизни.

ТЕМА 2. История развития естествознания. Панорама современного естествознания.

2.1 История естествознания. Понятие о научных революциях

Современное естествознание своими корнями уходит в античный мир древних Греции и Рима. Древнегреческие мыслители – натурфилософы-

стремились дать целостную картину мира, опираясь на свои вымыслы, догадки, умозрительные представления. Их взгляды во многом были ошибочными, но поиски ответов на многие поставленные ими вопросы привели в будущем к появлению зачатков естественных наук. Назовём наиболее видных представителей натурфилософии.

Аристотель (384-322 г г. до н.э.) в своих трудах стремился создать законченную картину мира, его научные интересы касались физики, математики, астрономии, биологии, он заложил основы логики. Он исходил из того, что весь окружающий мир на Земле состоит из четырёх первоначал, «стихий» - это земля, вода, воздух и огонь. Небо в своей основе имеет пятый элемент – эфир. У него было своё трактование понятий материи, движения, пространства, времени. Учение Аристотеля было противоречивым, содержащим большое количество научных заблуждений, но в целом оно находило поддержку у античных мыслителей и оставалось авторитетным на протяжении многих веков. Заслуга Аристотеля состоит не только в том, что его труды дали начало естествознанию в целом, но и в том, что они выдвинули целый ряд вопросов, ответить на которые смогли учёные через тысячи лет.

Демокрит (460-370 г.г. до н.э.) считается основоположником атомистической концепции. Именно он ввёл представление об атомах как

10

о мельчайших, неделимых «первокирпичиках» материи, которые имеют разную форму и находятся в непрерывном движении.

Эпикур (341-270г.г. до н.э.) дополнил и углубил атомистическое учение Демокрита, выдвинув гипотезу о том, источник движения атомов находится в них самих.

Лукреций ( 99-55 г.г. до н.э.), поддерживая взгляды Демокрита и Эпикура, написал поэму «О природе вещей» ( 6 книг), где в стихотворной форме выдвинул ряд новых идей, касающихся строения вещества, закона сохранения вещества, хаотического движения молекул и т.д.

В конце 6-го века до н.э. в Древней Греции сложилось первое в истории человечества научное сообщество – Пифагорейский союз, основателем которого был Пифагор (580-500 г.г до н.э.). Основное мировоззренческое положение Пифагора : мир есть число.

В древнегреческой культуре – в её научной ветви_ развивалась в основном математика. Пифагорейцы заложили основы такого представления о мире и способах его познания, в соответствии с которыми математика является ключевым инструментом познания.

Значительный вклад в развитие античной математики внёс систематизатор математической науки и педагог Евклид ( 3 в. до н.э.), труды которого позволили создать стройную геометрическую теорию – известную в настоящее время евклидову геометрию, описывающую метрические свойства пространства.

Архимед (287-212г.г. до н.э.) своими трудами в области статики и гидростатики дал образцы применения математики в естествознании и технике. Современное естествознание невозможно представить без знания закона Архимеда (о выталкивающей силе, действующей на тело, погруженное в жидкость или газ), механику – без представлений о центре тяжести, о различных системах рычагов и блоков для поднятия тяжёлых тел, без полиспаста, планетария (прибор, который наглядно показывает движение небесных тел) и т.д.

Древнегреческий астроном Птолемей (ок.90 –ок.160г.г.), используя взгляды Анаксимандра и Аристотеля, разработал геоцентрическую систему мира, которая просуществовала примерно 1,5 тысячи лет.

К этому времени относится возникновение двух религий: в 1 веке зародилось христианство (как религия угнетённых), а в 7 веке - ислам.

Эпоха средневековья в Европе характеризуется закатом грекоримской культуры и усилением влияния церкви на все стороны духовной жизни общества. Вплоть до 12-13вв европейская культура переживала период упадка. В то же время на Востоке отмечается прогресс научных знаний, труды древнегреческих мыслителей были переведены на арабский язык. В 12 веке были открыты университеты (Парижский, Оксфордский, Кембриджский), но изучалось в них исключительно богословие. Естествознание в современном понимании ещё не сформировалось – это был

11