Концепции современного естествознания

преднаучный период, когда ещё не были открыты объективные законы природы.

Начиная с 16, в характер научного прогресса существенно меняется – идёт не просто накопление научных знаний, а возникают переломные моменты, кризисы, выход из которых приводит к новому видению мира. В генезисе научного знания эти переломные этапы получили название

научных революций.

Первая научная революция произошла в эпоху возрождения (конец

15 в. – начало 16в.). Произошло не просто возрождение культурных ценностей античности, а создавалась новая культура – развивалось искусство, утверждались идеи гуманизма, существенным был научный прогресс. Одним из революционных факторов было создание польским астрономом, каноником и доктором богословия Николаем Коперником

(1473-1543 г.г.) гелиоцентрической системы мира, согласно которой отвергалась модель мироздания Птолемея. Используя идеи древнегреческого философа и астронома Аристарха Самосского (320-250 до н.э.), Коперник совершил переворот в естествознании. По его системе мироздания в центре Вселенной находится не Земля, а Солнце, а сама Земля вместе с другими планетами и звёздами вращаются вокруг Солнца. Недостатком его модели было представление о том, что Вселенная ограничена твёрдой сферой, на которой закреплены неподвижные звёзды. Существенной чертой гелиоцентрической системы Коперника была идея всеобщего движения как всеобщем свойстве небесных объектов.

Одним из активных сторонников учения Коперника был итальянец Джордано Бруно (1548-1600г.г.), который представлял Вселенную бесконечной с множеством тел, подобных Солнцу, и окружающих его планетах. Инквизиция, опасаясь распространения идей Бруно, в 1592 году арестовала его и спустя 8 лет нахождения в тюрьме как нераскаявшегося еретика его сожгли на костре на Площади цветов в Риме.

В 16 в. зародилась классическая механика и экспериментальное естествознание в целом. Этому способствовали труды Коперника, Галилея, Леонарда да Винчи, Кеплера, Ньютона, Гюйгенса, Эйлера, Лагранжа, Ломоносова и др., которые положили начало формированию механистической картины мира и подготовили вторую научную

революцию.

Итальянский физик, астроном и математик Галилео Галилей (15641642 г.г.) заложил основы классической механики, решив самую фундаментальную проблему - проблему движения. Он выдвинул идею об относительности движения и сформулировал принцип относительности, установил закон инерции, исследовал свободное падение тел, проводил астрономические исследования. Он построил телескоп (трубу Галилея) с 32кратным увеличением и открыл спутники Юпитера, фазы Венеры, пятна на поверхности Солнца и горы на Луне. Галилей был активным защитником идей Коперника о гелиоцентрической картине мира, которая постоянно

12

подвергалась нападкам со стороны католической церкви. За это Галилей был подвергнут суду инквизиции, которая вынудила его публично отречься от гелиоцентрического учения.

Астрономическое учение Галилея было развито немецким математиком и астрономом Иоганном Кеплером (1571-1630 г.г.). Вместо круговых движений планет он ввёл представления об эллиптических орбитах и установил три закона движения планет вокруг Солнца ( три закона Кеплера). Как и Галилей, Кеплер был сторонником гелиоцентрической системы мира, поэтому значительная часть его научных трудов была занесена Ватиканом в список запрещённых книг.

Английский физик Исаак Ньютон (1643-1727г.г.) продолжил и завершил работы Галилея по созданию классической механики. Ньютон сформулировал три закона механики, а также открытый им закон всемирного тяготения. Это поистине универсальный закон, которому подчиняются все тела, как самые малые, так и самые большие; как земные, так и небесные.

Исаак Ньютон Его главным научным трудом были «Математические начала

натуральной философии», которые заложили основы современной физики и предопределили направление развития физики и всего естествознания на столетия вперёд. Учёные-естествоиспытатели считали классическую механику прочным незыблемым основанием естествознания. Такой подход обусловил господство механистического мировоззрения, которое преобладало в естествознании вплоть до 20 века.

Третья научная революция связывается с работами Иммануила Канта (1724-1804 г.г.), Пьера Лапласа (1749-1827 г.г.). Жоржа Кювье (17691832 г.г.), Батиста Ламарка (1744-1829 г.г.), Чарлза Дарвина (1797-1875 г.г.),

Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907 г.г.) и др.

Немецкий философ Иммануил Кант и французский математик и астроном Пьер Лаплас независимо друг от друга предложили

13

космогоническую гипотезу возникновения Солнечной системы из газовой туманности, которая получила название гипотезы Канта-Лапласа.

Французский естествоиспытатель Жорж Кювье связывал развитие нашей планеты с происходящими на ней катастрофами, всемирными катаклизмами (глобальные наводнения, подъём и опускание материков, разломы земной коры и пр.), которые изменяли геологические условия и видовой состав растительного и животного мира. Эта концепция известна в науке как катастрофизм Кювье. Прямо противоположной была концепция французского естествоиспытателя Ламарка - сторонника эволюционной теории, который считал движущей силой эволюции живого мира плавно изменяющиеся условия окружающей среды. Главная идея его учения состоит в том, что приобретённые под влиянием внешней среды функциональноморфологические изменения в живых организмах передаются по наследству. Таким образом, Ламарк был создателем первой целостной систематической (хотя и ошибочной) концепции эволюции живой природы.

Вотличие от умозрительной концепции Ламарка, Дарвин создал своё эволюционное учение, основанное на анализе огромного фактического материала. Дарвин утверждал, что органический мир без саморазвития не существует и развитие является необходимым условием существования вида, условием его адаптации к окружающей среде. Согласно его гипотезе, виды с их относительно целесообразной организацией, возникли и возникают в результате отбора и накопления качеств, полезных для организмов в их борьбе за существование. В результате конкуренции особи хуже приспособленных видов вымирают. Эволюционистская теория Дарвина тоже имела ряд существенных недостатков.

В1869 году русский химик Д.И.Менделеев опубликовал работу, в

которой был изложен принцип построения периодической системы элементов (в будущем этот принцип был подкорректирован законами квантовой физики). Периодическая система Менделеева дала возможность не только систематизировать известные, но и предвидеть существование новых, ещё неизвестных химических элементов и точно предсказать их основные свойства. Процесс заполнения таблицы Менделеева продолжается и в настоящее время.

В 18 веке наступил период очищения естествознания от натурфилософских, метафизических представлений, основанных на рассмотрении явлений в их неизменности и независимости друг от друга, отрицающих внутренние противоречия как источник их развития. К таким понятиям и представлениям относятся флогистон (как материальная субстанция, обеспечивающая горение), теплород (особый фантастический вид »жидкости», ответственной за тепловые явления,), жизненная сила, эфир и др. Это очищение явилось результатом работ таких учёных как А.Лавуазье, М.В.Ломоносов, Велер, Майер, Ампер, Майкельсон и др.

Последняя научная революция произошла в 20 веке в результате тех открытий в естествознании, которые способствовали коренному изменению

14

ранее существовавшего естественнонаучного мировоззрения. Далее будут рассмотрены основные открытия в естествознании 20 века.

2.2 ПАНОРАМА И ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

В античной философии возникла идея атомизма, согласно которой все вещества состоят из атомов, находящихся в постоянном движении и взаимодействующих между собой. Вплоть до конца 19 века атом считался пределом деления вещества. Однако после открытия в 1897 году явления радиоактивности стало ясно, что атом имеет сложное строение. Исторически первой была планетарная модель атома, согласно которой атом состоит из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из кварков, свойства которых изучает квантовая хромодинамика.

Развитие атомной физики привело к открытию реакций деления тяжёлых атомных ядер и синтезу лёгких, которые привели к созданию атомной и водородной бомб. Реакции деления заложили основу ядерной энергетики, а проблему управляемой промышленной термоядерной реакции предстоит ещё решить.

К началу 20 века было известно всего несколько элементарных частиц: это электрон, протон, фотон и нейтрон. К концу 20 века стало известно более 350 элементарных частиц, что привело к появлению физики элементарных частиц. У микрочастиц были обнаружены особые свойства, которые не позволяли применять к ним законы классической физики. Трудами таких учёных, как М.Планк, Н.Бор, Борн, Э.Резерфорд, Гейзенберг, де Бройль,

Шредингер были заложены основы физики микромира – квантовой механики. В основе этой физической теории лежит представление о том, что каждой частице материи присущи и свойства волны (так называемый корпускулярно-волновой дуализм материи ).

В 20 веке изменились представления о пространстве и времени. Этому способствовало опубликование Альбертом Эйнштейном (1879-1955 г.г.) теории относительности (специальной и общей), выводы которой казались противоречащими «здравому смыслу». Свойства пространства и времени перестали считаться абсолютными, они связаны не только между собой, но и со свойствами материи.

Общая теория относительности была положена в основу современной релятивистской космологии, которая предсказала, а американский астрофизик Эдвин Хаббл (1889-1953 г.г.) экспериментально обнаружил факт расширения нашей Вселенной.

Значительный вклад в современное естествознание вносят исследования в области молекулярной биологии. В 1953 году англичанин Ф.Крик и американец Д.Уотсон расшифровали структуру молекулы ДНК, что позволило установить природу гена. Расшифрован генетический код, выявлены и исследованы механизмы и пути образования белка в клетке.

15

Началась расшифровка геномов растений и животных. К 2001 году закончилась расшифровка генома человека.

Были начаты опыты по клонированию растений и животных, которые открывают путь к клонированию органов и тканей. Важнейшим событием в развитии генетики стало открытие мутаций - возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов. Современный уровень знаний позволяет не только понять эти тонкие процессы, но и использовать их в нужных целях в генной инженерии.

Открытия в естествознании 20 века подготовили и обеспечили научно-техническую революцию, которая в значительной мере определила характер социальных процессов и дала развитие таким техническим направлениям, как атомная энергетика, ракетно-космическая техника, электронно-вычислительная техника. Теперь на повестке дня стоят нано- и биотехнологии.

За выдающиеся открытия в естествознании в 20 веке начала присуждаться Нобелевская премия, которая является самой престижной международной наградой. Учредителем этой премии был шведский химик, изобретатель и предприниматель Альфред Нобель (1833 – 1896). «Моё непременное требование,- писал Нобель,- заключается в том, чтобы при присуждении премии национальность претендентов не имела никакого значения, а получали бы её самые достойные.» Первым лауреатом Нобелевской премии по физике стал немецкий исследователь Вильгельм Рентген за открытие излучения, получившего его имя. Наша страна дала миру более двадцати лауреатов Нобелевской премии, среди которых Л.Д.Ландау – за исследования по теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия; Н.Г.Басов и А.М.Прохоров – за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, которые привели к созданию лазеров и мазеров; П.Л.Капица – за открытия в области физики низких температур; Ж.И.Алфёров – за развитие гетероструктур для высокоскоростной и оптической электроники; В.Л.Гинзбург –за пионерский вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести. На основе сверхпроводимости созданы магниты ускорителей заряженных частиц, магнитно-резонансные томографы, сильноточные цепи питания промышленных установок и др.

16

2.3 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Общими закономерностями современного этапа развития естествознания являются следующие:

1.Стремительное увеличение объёма научной информации – за каждые 10-15 лет она удваивается, т.е. объём научной информации растёт по экспоненте.

2.Идут процессы дифференциации и интеграции наук, которые в научной деятельности находятся в единстве, взаимно дополняют друг друга. Со времён античности, когда все знания о природе были объединены в общее понятие натурфилософии, по мере накопления знаний началось их разделение, дробление на более мелкие разделы и подразделы. Например, знания о наиболее общих свойствах материального мира привели к возникновению физики, которая постепенно дифференцировалась и возникло семейство таких наук, как механика, электродинамика, оптика, молекулярная

18

физика и т.д. Так же интенсивно делились и химия (на органическую, неорганическую, аналитическую и т.д.), и биология, которая в настоящее время включает в себя более пятидесяти научных дисциплин. Дифференциация научных знаний продолжается и в настоящее время, однако по мере накопления частных знаний всё очевиднее становится необходимость объединения (интеграции) достижений и методов разных наук для понимания сложных природных систем. Процессы интеграции происходят через возникновение так называемых пограничных наук: биофизики, биохимии, астрофизики, химической термодинамики, инженерной психологии, космической медицины и т.д. Ярким примером интеграции в науке является возникновение с и н е р г е т и к и - науки о процессах самоорганизации в открытых неравновесных системах различной природы (в физических, химических, социально-экономических, геополитических и др.).

3. Научный прогресс неразрывно связан с прогрессом экспериментальной базы, измерительной техники, с информационным обеспечением. Современная техника позволяет проникнуть в тайны микромира (электронные микроскопы, компьютерные томографы,, рентгенографические, ультразвуковые, электронографические и другие методы исследования); современные космические аппараты, радиотелескопы, зонды, международные космические станции позволяют получать научную информацию не только об околоземном пространстве, но и удалённых на большие расстояния космических объектах Вселенной. Практически фантастические возможности для обмена информацией даёт Всемирная система общедоступных электронных сетей («Интернет»).

Тренировочный Т Е С Т по темам 1,2 1.К естественным относятся следующие науки:

1)математика, экономика, психология;

2)история, литература, социология;

3)физика, химия, биология.

2.Концептуальный принцип изучения естествознания:

1)позволяет получить фундаментальные, комплексные знания о природе, а на их основе более глубоко изучить узкоспециализированные дисциплины;

2) позволяет получить знания о природе в общих чертах; 3)позволяет выбрать наиболее интересные знания о природе.

3.В современном понимании управление состоит:

1) в практическом использовании полученных знаний;

19

2) в поиске наиболее эффективных способов систематического и целенаправленного применения имеющихся знаний для получения ожидаемых результатов;

3) в умении видеть конечную цель.

4.Сверхзадача естествознания как единой науки о природе состоит:

1)в обеспечении индивидуального понимания мира;

2)в объяснении природных явлений;

3)в объективном объяснении сущности социальных явлений.

5.Для естественных наук характерно (а):

1)истолкование, интерпретация явлений, которые не сводятся полностью к рациональным началам;

2)индивидуальное понимание мира;

3)высокая степеньобъективности и достоверности.

6.Псевдонаукаэто:

1)алхимия, астрология , хиромантия, кибернетика;

2)деятельность, которая представляясь научной, не является таковой по своему содержанию, методам или результатам;

3)результаты деятельности верующих учёных.

7.Наука в современном смысле этого слова возникла:

1)в античном мире ( в древних Греции и Риме);

2)в 17-18 веках;

3)в 20 веке.

8.Тенденции развития современного естествознания следующие:

1)оно всё более превращается в одну науку с единым предметом и методами исследования;

2)оно всё более распадается на несвязанные между собой дисциплины;

3)оно представляет собой комплекс научных дисциплин, всё теснее связываемых друг с другом междисциплинарными концепциями и идеями.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы по темам 1, 2

1.В чём заключается специфика естественнонаучной и гуманитарной культур и в каком взаимоотношении они находятся?

2.Какие открытия и научные концепции в наибольшей степени повлияли на развитие современной цивилизации? Каковы тенденции развития современного естествознания?

20

3. Какова роль естественнонаучных знаний в Вашей профессиональной подготовке?

4.Что представляют собой научные революции и какова их роль в развитии естествознания?

ТЕМА 3. Естественнонаучное познание. Научный метод

3.1 Естественнонаучное познание и его структура

Естественнонаучное познание - это процесс постижения и с т и н ы . Истина это знание, совпадающее с сущностью объективной действительности. В современном понимании постижение истины связано с установлением причинно-следственных связей явлений и свойств природы, с экспериментальным подтверждением истинности теоретических утверждений. Эксперимент, опыт – критерии естественнонаучной истины. Истина не зависит ни от человека, ни от человечества. Будучи объективной по содержанию, истина субъективна по форме – как результат человеческого мышления. Поэтому говорят об о т н о с и т е л ь н о й истине, которая содержит элемент абсолютного знания. Развитие естествознания представляет процесс последовательного приближения к абсолютной естественнонаучной истине.

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

Структуру естественнонаучного познания можно представить как совокупность следующих этапов: 1) наблюдения, сбор твёрдо установленных фактов, относящихся к исследуемому явлению. Факты это верифицированные (достоверно проверенные) события, подкреплённые наблюдениями, измерениями, экспериментами, моделированием и т.д. По выражению российского академика И.П.Павлова, «Факты это воздух Учёного, Науки»; 2) на основе закономерностей ,обобщающих определённые факты, происходит постановка проблемы - это формулировка (осмысление) нашего знания о том, что необходимо познать. Сформулировать проблему – это наполовину её решить; 3) выдвижение гипотез – научных предположений на основе изученных фактов. В выдвижении гипотез участвуют интуиция, логика, воображение; 4) доказательства - это, как правило, эксперименты для проверки того, что подтверждается в гипотезе, а что отбрасывается. Таким образом, в основе естественнонаучного познания лежат объективность, воспроизводимость, непредвзятость. Истинность знаний подтверждается практикой.

21