1. Роль естествознания в развитие общества. Наука, техника, гуманизация
Современная наука возникла в Европе в период 15-17 вв. в период становления капиталистического способа производства. Наука - это форма духовной деятельности человека по получению нового знания о природе, обществе и самом знании. Наука разделена на множество отраслей знания (частных наук), которые различаются между собой тем, какую сторону действительности.
По предмету и методу познания можно выделить науки о природе - естествознание, и обществе - обществознание (гуманитарные, социальные науки), о познание, мышлении (логика, гносеология и др.). Отдельную группу составляют технические науки. В свою очередь каждая группа наук может быть подвергнута более подробному членению. Так, в состав естественных наук входят механика, физика, химия, биология и др., каждая из которых подразделяется на научные дисциплины - физическая химия, молекулярная химия и т.д. Могут быть и другие критерии для классификации наук. Так, по своей удаленности от практики науки можно разделить на два крупных типа: фундаментальные, где нет прямой ориентации на практику, и прикладные - непосредственно решающие практические задачи.
С развитием новой науки возникла необходимость более глубокого разделения ее на специальные дисциплины, для более тщательного и глубокого изучения отдельных явлений и процессов определенной области действительности. Естественные науки, получившие свое гражданство с 18 в., - это совокупность всех наук, занимающихся исследованием природы. Главные сферы естественных наук - материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная.
Взаимодействие естествознания и общества всегда было непростым. Сначала науку рассматривали как средство покорения природы. Использование достижений науки меняло само общество и его жизнь, прежде всего его экономику. Но начиная со второй половины 20 в. в связи с угрозой ядерной и биологической войны появилось негативное отношение к науке.
Наука, и в том числе естествознание становиться для общества основой для практической деятельности. Со временем она становится производительной силой общества. От развития науки зависит развитие техники - орудий труда, мастерства, умения. Для современного общества характерна все более крепнущая связь науки, техники и производства.
В настоящее время все большее значение приобретает гуманистический аспект науки, складывается особая дисциплина - этика науки. В условиях научно-технического прогресса особенно актуальны нравственные оценки научных открытий - можно ли вмешиваться в генное строение человека, совершенствовать биотехнологию и даже конструировать новые формы жизни?
2. Основные этапы развития естествознания. Революция в науке
Наука представляет собой продукт развития мысли древних греков. Наука в древнегреческой культуре представляла собой целостную науку. Зачатки мышления, идущие в плане частных наук, появились под влиянием Аристотеля и его школы, таких великих врачей, как Гиппократ, Гален. Но это не нарушало целостность науки и картины мира. В эпоху христианского средневековья наука так же разрабатывалась как гармоническое целое. Только в конце средних веков произошла подмена понятия «наука» понятием «естествознание» Эта новая наука начала свое триумфальное шествие с эпохи Возрождения, когда была признана возможность математического описания результатов, полученных экспериментальным путем. Эта новая форма приобрела столь большое значение, что Кант оценивал частные науки в зависимости от степени применения в них математики. Под влиянием экспериментально-математической науки коренным образом изменилось мировоззрение европейца и усилилось его влияние на духовную жизнь остального мира. В особенности оно возросло благодаря подведению строгого строго научного фундамента под возникшую из медицины технику, которая базировалась до этого исключительно на ремесленном опыте.
Дифференциация научного знания была необходимым этапом в развитии науки. Частные науки классифицировались с точки зрения их предмета или метода. В результате, в какой-то степени, утрачивалось понимание истинной цели науки о мире в целом, а действительности - как единого целого.
Революция в науке - это переворот. Развитие науки долго шло постепенного, непрерывного накопления знаний, но развитие не сводится только к простому накоплению знаний. Наиболее радикальные изменения в науке связаны с научными революциями, которые сопровождаются пересмотром, уточнением и критикой прежних идей, программ и методов, т.е. всего, что называется парадигмой науки. В последние десятилетия началась кардинальная революция, принципиально изменяющая отношение мира человека и мира природы. В марксистской терминологии - это «научно-техническая революция», по цивилизационной типологии Тоффлера - это «социо-техническая революция». Иногда ее называют информационно-компьютерной революцией. Основой этой революции является создание и развертывание электронно-компьютерной и биотехнологической технологий. Ее результатом может стать новая информационная цивилизация.
3. Фундаментальное единство естественных наук. Наблюдение, эксперимент, теория
Если окружающий нас мир един и образует единое и целостное образование, то и знание о нем имеет фундаментальное единство. И хотя наука разделена на дисциплины, но существуют фундаментальные законы отображающие единство и целостность природы, законы составляющие фундаментальное единство естественных наук.
Наблюдение - это первоначальный источник информации, но в основе наблюдений лежит теория, идея.
Эксперимент - важнейший метод эмпирического исследования, для наблюдения процессов в условиях, меньше всего подверженных воздействию посторонних факторов. Измерения являются дополнением любого эксперимента.
На теоретической стадии строят гипотезы и теории, открывают законы науки. Затем гипотезу проверяют экспериментом. Если результаты эксперимента не совпадают с гипотезой, то опровергается сама гипотеза. Но это возможно поспешный вывод, проводятся разнообразные эксперименты и их достоверность зависит от уровня развития науки и техники.
Единство естественных наук подтверждает и междисциплинарные методы исследования, например системный метод. Хотя системы, встречающиеся в природе имеют разное строение и разные признаки, но все они самоорганизующиеся системы, и нельзя противопоставлять живые и неживые системы, новые результаты проливают свет на проблему возникновения живого из неживого.
4. Разделение естествознания на научные дисциплины. Структурные уровни организации материи. Микро, макро, мега мир. Их основные характеристики
В конце средних веков возникло понятия «естествознание» Эта новая наука начала свое триумфальное шествие с эпохи Возрождения, когда была признана возможность математического описания результатов, полученных экспериментальным путем.
С развитием новой науки возникла необходимость более глубокого разделения ее на специальные дисциплины, для более тщательного и глубокого изучения отдельных явлений и процессов определенной области действительности. Естественные науки, получившие свое гражданство с 18 в., - это совокупность всех наук, занимающихся исследованием природы. Главные сферы естественных наук - материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная - позволили сгруппировать их следующим образом:
1. физика, химия, физическая химия
2. биология, ботаника, зоология
3. анатомия, физиология, учение о происхождении и развитии, учение о наследственности
4. геология, минералогия, палеонтология, метеорология, география
5. астрономия вместе с астрофизикой и астрохимией.
Математика, по мнению ряда натурфилософов, не относится к естественным наукам, но является решающим инструментом их мышления.
Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»
М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов
Концепции современного естествознания
Издание шестое, переработанное и дополненное
Министерством образования и науки
Российской Федерации в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений
Москва, 2007
УДК 001 ББК 20 Г96
Рецензенты:
А. Д. Гладун - председатель экспертного совета по общим естественнонаучным дисциплинам Министерства образования РФ, доктор физико-математических наук, профессор МФТИ;
Л. В. Королева - доктор физико-математических наук, профессор МГПУ;
О. П. Мелехова - член экспертного совета Министерства образования РФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник;
Г. К. Сафаралиев - заместитель председателя комитета по науке и образованию Государственной Думы РФ, доктор физико-математических наук, профессор ДГУ.
Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. - 540 с.
ISBN 978-5-91131-306-7
В учебнике рассматриваются важнейшие концепции современного естествознания: этапы развития естественно-научной картины мира, современные представления о строении и развитии природы микро-, макро- и мегами-ров; эволюция представлений о пространстве, времени и материи; принципы относительности и дополнительности; соотношение неопределенностей; законы сохранения в микро- и макромире; природа элементарных частиц, энергии и вещества; концепции происхождения эволюции живой природы и человека; биосфера и экология; специфика современного естествознания; синергетика; самоорганизация в различных системах, проблемы современного естествознания; мировоззрение и НТР.
Учебник подготовлен в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования и предназначен для студентов вузов, изучающих концепции современного естествознания, преподавателей, аспирантов и учащейся молодежи, интересующейся мировоззренческими и теоретико-познавательными проблемами естествознания и философии.
УДК 001 ББК 20
ISBN 978-5-91131-306-7
© M. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов, 2006
OCR: Ихтик (г.Уфа)
Ihtik.Lib.Ru
Введение 9
Глава 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ЕДИНАЯ НАУКА
О ПРИРОДЕ 13
Естественно-научная и гуманитарная культуры. 13
Место науки в системе культуры и ее структура 14
Характерные черты науки 18
Естествознание - фундаментальная наука 21
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ 26
Структура научного познания 26
Основные методы научного исследования 29
Динамика развития науки. Принцип соответствия 36
Глава 3. ВАЖНЕЙШИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 41
Система мира античных философов 41
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира 49
Механистическая и электромагнитная картины мира 55
Современная естественно-научная картина мира 60
Глава 4. КОНЦЕПЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ 69
Понятие пространства и времени 69
Измерение времени 73
Пространство и время в специальной теории относительности 76
Общая теория относительности о пространстве
и времени 86
Глава 5. СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА 94
Структурное строение материального мира 94
Краткая характеристика микромира 95
Краткая характеристика макромира 100
Краткая характеристика мегамира 106
Глава 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДВИЖЕНИЕ
СТРУКТУР МИРА 113
Четыре вида взаимодействий и их характеристика 113
Концепции близкодействия и дальнодействия 116
Вещество, поле, вакуум. Принцип суперпозиции 117
Фундаментальные постоянные мироздания 119
Антропный космологический принцип 123
Характер движения структур мира 126
Глава 7. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
МИКРОМИРА 133
Элементарные частицы 133
Корпускулярно-волновая природа микрообъектов 142
Концепция дополнительности 148
Вероятностный характер законов микромира. Концепции неопределенности и причинности 150
7.5. Электронная оболочка атома 153
Глава 8. КОНЦЕПЦИИ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ .162
8.1. Многообразие форм материи 162
Вещество и его состояния 164
Энергия и ее проявления в природе 167
Законы сохранения в природе 182
Законы сохранения и принципы симметрии 189
Глава 9. СОСТАВ, СТРУКТУРА
И ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ 197
Концептуальные уровни в познании веществ 197
Состав вещества и химические системы 201
Структура вещества и его свойства 209
Химические процессы 213
Эволюция химических систем и перспективы химии 217
Глава 10. ПРИРОДА МЕГАМИРА 222
Расстояния и размеры в мегамире 222
Земля как планета и природное тело 230
Состав и строение Солнечной системы 243
Солнце, звезды и межзвездная среда 253
Галактики 259
Глава 11. ХАРАКТЕР ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРИРОДЫ 269
Детерминизм процессов природы 269
Термодинамика и концепция необратимости 273
Проблема "тепловой смерти Вселенной" 279
Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ
ВСЕЛЕННОЙ 286
Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная 286
Начальная стадия Вселенной 292
Космологические модели Вселенной 297
Глава 13. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ
НЕБЕСНЫХ ТЕЛ, ЗЕМЛИ 301
Происхождение и эволюция галактик и звезд 301
Происхождение планет Солнечной системы 307
Происхождение и эволюция Земли 317
Космос и Земля 330
Глава 14. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ .. .343
Концепции происхождения жизни на Земле 343
Классификация уровней биологических структур
и организация живых систем 357
Генная инженерия и биотехнология 363
Проблемы происхождения жизни во Вселенной 367
Глава 15. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ 374
Доказательства эволюции живого 374
Пути и причины эволюции живого 378
Эволюционная теория Дарвина 381
Современная теория органической эволюции 384
Синтетическая теория эволюции 387
Другие концепции эволюции живого. 389
Глава 16. КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ
И ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА 397
Человек как предмет естественно-научного познания... 397
Сходства и отличия человека от животных 399
Концепции появления человека на Земле. Антропология 402
Эволюция культуры человека. Социобиология 410
Проблемы поиска внеземных цивилизаций 415
Проблема связи с внеземными цивилизациями 420
Глава 17. ЧЕЛОВЕК 425
Физиология человека 425
Эмоции и творчество 432
Здоровье и работоспособность 435
Вопросы биомедицинской этики 440
Глава 18. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ЭКОЛОГИИ 448
Биосфера 448
Экология 453
Современные проблемы экологии 456
Ноосфера, 460
Демографическая проблема 467
Глава 19. МЕТОДЫ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 474
Системный метод исследования 474
Кибернетика - наука о сложных системах 479
Методы математического моделирования 481
Математическое моделирование в экологии 484
Глава 20. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ПРИРОДЕ 491
Парадигма самоорганизации 491
Синергетика 493
Особенности эволюции неравновесных систем 495
Самоорганизация - источник и основа эволюции 498
Самоорганизация в различных видах эволюции 503
Глава 21. СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
И БУДУЩЕЕ НАУКИ 508
Особенности современного этапа развития науки 508
Естествознание и мировоззрение 511
Естествознание и философия 514
Естествознание и научно-техническая революция 516
Общие закономерности современного естествознания 524
Современная естественно-научная картина мира
и Человек 526
21.7. Особенности в развитии современной науки 529
Литература 535
Светлой памяти наших родителей и учителей посвящаем эту книгу
Введение
Гармонию мира способен ли Смертный постичь, Чей приход и уход Для него самого непонятен?
Ибн Сина (Авиценна)
Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования Российской Федерации требуют освоения студентами гуманитарных и социально-экономических специальностей учебного курса по дисциплине "Концепции современного естествознания". Включение данной дисциплины в программу гуманитарных факультетов вузов обусловлено необходимостью ознакомления студентов с неотъемлемым элементом единой культуры - естествознанием - и формирования целостного взгляда на окружающий мир. Этот курс призван содействовать получению широкого базового высшего образования, способствовать всестороннему развитию личности. Учебный курс отражает основной комплекс концепций современного естествознания, дает панораму наиболее известных методов и законов современной науки, демонстрирует специфику рационального метода познания окружающего мира. Это тем более необходимо, так как сейчас рациональный естественно-научный метод все шире проникает в гуманитарную среду, формируя целостное научное знание общества. Наука приобретает все более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникшая сегодня тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно различных культур, гуманитарной и естественно-научной, созвучна потребностям общества в целостном мировоззрении и подчеркивает актуальность данной дисциплины.
Для изучения предлагаются те направления и проблемы, которые определяют облик современного естествознания и научный подход к культуре. Одной из задач курса является формирование представлений о картине мира как основе целостности и многообразия природы. Поэтому в программу введены важнейшие концепции современного естествознания: представления о пространстве, времени и материи; законы сохранения в мире; концепции происхождения и эволюции Вселенной, жизни и человека; биосфера и экология; специфика самоорганизации, системных методов исследования и др.
Хорошо известно стремление людей найти общее в окружающем их многообразии вещей и явлений природы. Это стремление воплотилось в представлении о единстве мира. Целостное отражение единства мира - это результат синтеза данных естественных наук: физики, астрономии, химии, биологии и др.
Исторически мировоззрение развивалось от комплекса первобытных эмпирических знаний, мифологических, религиозных представлений к философско-теоретическому мировоззрению, и, зачастую в учениях мыслителей переплетались религиозные и рациональные компоненты познания. Привнесение рациональных представлений поднимало мировоззрение на качественно новую ступень, но не снимало еще само по себе вопроса о ненаучном отражении действительности, о наличии иррационального элемента в этом мировоззрении.
Стремление к единству многообразного получило одно из своих воплощений в научных догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима. Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представляли собой единство естественно-научного и философского подходов к анализу действительности.
Идея о Вселенной как едином целом, законы функционирования которого доступны человеческому познанию и пониманию, сыграли и продолжают играть конструктивную роль в формировании научной картины мира. Действительно, именно эта идея краеугольным камнем лежит в мировоззренческом и методологическом основании современной науки. "Основой
всей нашей научной работы", "сильнейшей и благороднейшей из пружин научного исследования" назвал Эйнштейн убеждение в рациональном (законообразном) устройстве Вселенной. "Без веры во внутреннюю гармонию нашего мира, - подчеркивал он, - не могло бы быть никакой науки".
Становление современной естественно-научной картины мира являет собой историческую, революционную или эволюционную смену одних научных взглядов другими.
История человеческого познания - это история возникновения, развития и замены одних научных картин мира другими, которые возникают в недрах предыдущих и в процессе эволюции приближаются к объективной научной картине мира. Основными формами обобщения фактов в системе мира, которые обеспечивают эволюционное ее развитие, являются: 1) объяснение фактов в рамках существующей системы мира; 2) объяснение фактов путем введения дополнительных понятий, новых способов формализации или с помощью введения ограничений на принципы теории. Таким образом, научная революция выступает как растянутый во времени, целостный, закономерный и периодически повторяющийся этап развития научного познания, для которого характерно скачкообразное формирование новой фундаментальной научной теории или научной системы мира.
Современная научная картина мира - это картина эволюционирующей Вселенной. Эволюция Вселенной включает в себя эволюцию вещества, ее структуры, а также эволюцию живого и социального общества. Эволюция вещества сопровождалась понижением его температуры, плотности, образованием химических элементов. С эволюцией структуры связано возникновение сверхскоплений галактик, обособление и формирование звезд и галактик, образование планет и их спутников.
Таким образом, Вселенная предстает перед нами как бесконечно развертывающийся во времени и пространстве процесс эволюции материи. В этом процессе взаимосвязанными оказываются самые разнообразные объекты и явления микромира и мегамира. Выяснилось, что во все эпохи научная мысль харак-
теризовала с дополнительностью макроскопического и микроскопического аспектов.
Для студента-гуманитария особенно принципиально осознание проблем общественной жизни в их связи с основными концепциями и законами естествознания. При этом ключевые этапы развития естествознания показывают, каким образом протекал диалог науки и общества в разные исторические периоды, демонстрируя преемственность и непрерывность в изучении природы.
Данная дисциплина не представляет собой механическое соединение традиционных курсов физики, химии, биологии, экологии и других, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционно-синергетического подходов к современному естествознанию, поэтому ее эффективное освоение возможно на основе применения новой парадигмы, способной объединить естественно-научный и гуманитарный компоненты культуры, и осознания универсальной роли метаязыка, синтезирующего фундаментальные законы естествознания, философии и синергетики.
Изучивший ее должен четко представить себе подлинное единство и целостность природы, то единое основание, на котором построено бесчисленное разнообразие предметов и явлений окружающего нас мира и из которого вытекают основные законы, связывающие микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления между собой и с жизнью, с разумом.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Московский государственный университет
Приборостроения и информатики
Е.А.Коломийцева
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Краткий курс лекций
Рецензенты:
к.т.н., проф. Фигуровский Е.Н., к.ф.-м.н., доц. Шпиченецкий Б.Я.
Е.А.Коломийцева . КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.
Краткий курс лекций. М., 2006, 80 с.
Учебное пособие предназначено для студентов МГУПИ, изучающих дисциплину «Концепции современного естествознания»
МГУПИ, 2006
Вступление ............................................................................................................................ | 4 |
Лекция 1. Предмет и методы естествознания…………………………………………… | 4 |
Лекция 2. Практические методы физических исследований. Физические величины и измерения………………………………………………………………………………….. | 7 |
Лекция 3. Макромир. Движение в классической механике…………………………….. | 9 |
Лекция 4. Силы в природе. Фундаментальные взаимодействия……………………….. | 13 |
Лекция 5. Меры движения – импульс и энергия. Законы сохранения и симметрия пространства - времени…………………………………………………………………… | 15 |
Лекция 6. Физические поля. Концепции близкодействия и дальнодействия…………. | 18 |
Лекция 7. Мегамир. Элементы частной теории относительности. Релятивистская концепция………………………………………………………………………………….. | 19 |
Лекция 8. Проблемы пространства и времени…………………………………………... | 21 |
Лекция 9. Волновые процессы……………………………………………………………. | 25 |
Лекция 10. Законы микромира. Корпускулярно-волновой дуализм материи. Принцип дополнительности и проблемы причинности………………………………... | 29 |
Лекция 11. Элементарные частицы. Кварки…………………………………………….. | 32 |
Лекция 12. Радиоактивность……………………………………………………………… | 34 |
Лекция 13. Динамические и статистические закономерности…………………………. | 36 |
Лекция 14. Энергия в термодинамических процессах………………………………….. | 39 |
Лекция 15. Порядок и беспорядок в природе. Фазовые переходы. Энтропия. Второе начало термодинамики и «стрела времени»…………………………………………….. | 41 |
Лекция 16. Синергетика. Соотношение порядка и хаоса в открытых неравновесных системах……………………………………………………………………………………. | 44 |
Лекция 17. Происхождение и эволюция Вселенной……………………………………. | 47 |
Лекция 18. Планета Земля………………………………………………………………… | 53 |
Лекция 19. Элементы химии……………………………………………………………… | 57 |
Лекция 20. Вода и гипотезы о происхождении жизни на Земле. Самоорганизация в живой природе…………………………………………………………………………….. | 60 |
Лекция 21. Биосфера и проблемы экологии. Понятие о ноосфере…………………….. | 63 |
Лекция 22. Молекулярные основы жизни. ДНК и информация……………………….. | 67 |
Лекция 23. Феномен человека……………………………………………………………. | 70 |
Лекция 24. Теория эволюции в биологии. Принципы универсального эволюционизма. Путь к единой культуре.......................................................................... | 74 |
Вопросы для подготовки к экзамену …………………………………………………….. | 77 |
Задачи для самостоятельного решения …………………………………………………. | 79 |
80 |
Вступление
Дисциплина «Концепции современного естествознания» входит в государственный образовательный стандарт для гуманитарных и обществоведческих специальностей. Целью данного курса является ознакомление студентов с современными представлениями о природе и месте человека в ней. Не секрет, что у многих из них существует перекос в сторону чисто гуманитарных знаний. Между тем современному специалисту необходим широкий кругозор. Возможно, самой заманчивой перспективой было бы показать студентам жизнь человека в ее единстве с природой, целостность и уникальность окружающего, дать почувствовать красоту и мощь человеческой мысли, которая способна охватить весь мир от Вселенной до элементарной частицы, развить вкус к получению знаний, подтолкнуть к чтению научно-популярной литературы и самообразованию. В конечном счете это – необходимое условие формирования гармоничной личности.
Лекция 1.
Предмет и методы естествознания
1. Предмет естествознания. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
Естествознание – это комплекс знаний о природе, которые составляют одну из важнейших частей человеческой культуры.
Культура – широкое, многогранное понятие, которое можно определять по-разному. Существует большое количество различных определений культуры (около 170), из которых приведем одно, вполне удовлетворительно отражающее ее наиболее важные признаки:
Культура – это система средств человеческой деятельности, благодаря которой планируется, осуществляется, стимулируется активность индивида, групп, всего человечества в их взаимодействии с природой и между собой.
Таким образом, культуру в целом можно подразделить на три основные ветви:
культура материальная (орудия труда, жилища, одежда, транспорт) – вся сфера материальной деятельности и ее результаты;
культура социальная – основные правила поведения в обществе;
культура духовная (знания, воспитание, мораль, право, мировоззрение, наука, искусство).
Соответственно и знания человечества можно подразделить на
систему знаний о природе – естественные науки и
систему знаний о позитивно значимых ценностях бытия индивидуума, групп, государства, человечества в целом – гуманитарные науки.
Каждый из этих разделов человеческих знаний обладает своей спецификой:
Естественнонаучные знания глубоко специализированы, они постоянно совершенствуются, отличаются объективностью, достоверностью, имеют большое значение для существования человека и общества.
Гуманитарные знания активизируются, исходя из принадлежности индивида к определенной социальной группе. Они характеризуются субъективностью, т.е. допускают возможность толкований, идеализаций, противоречащих реальным свойствам объектов.
Тем не менее естественнонаучные и гуманитарные знания взаимосвязаны, будучи самостоятельными частями единой системы знаний науки:
они опираются на единую основу: потребности и интересы человека и человечества в создании оптимальных условий для самосохранения и совершенствования своей жизни;
между ними существует взаимообмен достигнутыми результатами.
2. Наука и научный метод.
Наука - термин, обозначающий обобщаемые и систематизированные знания в любой области.
С древнейших времен люди пытались понять сущность наблюдаемых явлений природы и их закономерности. Причем первым побудительным мотивом для этого служил практический интерес – возможность использовать полученные знания. Так изначально сосуществовали два аспекта естествознания – познавательный и прикладной. В современной науке также присутствуют оба указанных аспекта.
Познание законов природы и создание на этой основе картины мира – непосредственная, ближайшая цель естествознания. Конечная задача – содействие практическому использованию этих законов. Не всегда перспектива практического применения того или иного открытия очевидна с самого начала, теория, как правило, развивается с некоторым опережением.
Итак, в системе естествознания мы выявили два уровня – уровень теоретический и уровень практический (экспериментальный).
Использующиеся при теоретическом и практическом освоении действительности приемы составляют научный метод. Таким образом, наука отвечает на вопрос: «Что такое реальность?», а научный метод указывает, как с этой реальностью обращаться.
Научные методы бывают различного уровня:
Единые (всеобщие): диалектический, метафизический;
Общенаучные (используемые во всех науках): практические (эмпирические) – наблюдение, описание, измерение, эксперимент, и теоретические - сравнение, аналогтя, анализ и синтез, идеализация, обобщение, восхождение от абстрактного к конкретному, индукция и дедукция;
Специально-научные (применяемые в конкретных дисциплинах).
Особенностью современного естествознания является его конструктивная направленность, т.е. реальность не только изучается, но и проектируется с определенными целями. Это выражается в широком применении методов математического моделирования процессов и явлений с помощью ЭВМ.
Начальным этапом исследования является, как правило, практика, она же служит и окончательным критерием истинности (адекватности) любой теории, а также целью исследования.
3. Исторические аспекты развития естествознания.
Процесс формирования естествознания не был равномерным. Развитие научной мысли можно обобщенно разделить на этапы. На каждом этапе господствовал определенный стиль мышления, который базировался на имевшихся к тому времени достижениях науки. Тем самым задавался круг задач, подлежащих исследованию, и методология исследования. Такие общепризнанные научные достижения и господствующий стиль научного мышления называются парадигмой . Смена, зачастую коренная ломка существующей парадигмы означает переход к следующему этапу развития естествознания и называется научно-технической революцией .
Первый этап , расцвет которого происходил в античный период, характеризуется преобладанием чисто умозрительных рассуждений о природе вещей и явлений. Естествознание на этой стадии еще не отделено от философии и по сути они составляют одну науку натурфилософию, в которой отражены представления древних о мире как едином целом. Несмотря на поразительные озарения Демокрита, Архимеда и др., натурфилософию еще нельзя считать наукой в современном понимании.
Первую научно-техническую революцию многие историки науки связывают с деятельностью Аристотеля. Именно тогда наука стала отличаться от других форм познания мира. Была высказана идея о шарообразности Земли, построена геоцентрическая модель мира.
Идеи Аристотеля определили состояние науки вплоть до эпохи Возрождения.
Вторая научно-техническая революция связана с введением в научную практику эксперимента как способа проверки гипотез. В этот период происходило накопление фактического материала и его обобщение, естествознание обрело более привычную для нас форму. В трудах ученых Нового времени – Галилея, Кеплера, Ньютона – были заложены основы классической науки.
Второй этап развития естествознания длился до конца Х1Х века, это время полного расцвета классической науки. Установлен закон сохранения и превращения энергии. оптики, электродинамики, термодинамики, построена теоретическая механика (Гамильтон, Лагранж, Максвелл, Френель, Больцман). В химии установлено строгое понятие элемента (Лавуазье), изучаются химические реакции, соединения, открыт периодический закон Менделеева, возникла структурная химия (Бутлеров). В биологии побеждают важнейшие идеи об эволюции всего живого (Ламарк, Дарвин); открыта клетка (Шлейден и Шванн) и материальный носитель наследственности – ген (Мендель).
Таким образом, подготовлялись условия для новой научно-технической революции, которая захватила весь ХХ век и продолжается поныне.
Для третьей научно-технической революции характерно:
Тесное взаимодействие различных областей науки, развитие междисциплинарных связей. Подавляющее большинство открытий происходит на стыках наук.
Переход от классических представлений к неклассическим: создание общей и специальной теории относительности, квантовой теории поля (квантовая механика).
Исследование сложнейших неравновесных нелинейных процессов, происходящих в сложных системах. Оказывается, что эти процессы, которые приводят к самоорганизации системы, к возникновению новых структур, протекают сходно в различных областях естествознания. Это позволяет рассматривать с единых позиций такие дисциплины, как физика, космология, геология, химия, биология и даже традиционно гуманитарные дисциплины, такие как история, этнология, социология, экономика. Такой подход получил название синергетика . Это наиболее перспективное направление современного естествознания.
Бурное развитие информационных технологий, позволяющих проводить громадный объем вычислений с большой скоростью и исследовать сложнейшие процессы. Информация становится в один ряд с материей.
Во главу угла современного естествознания ставится человек, его интересы и цели. Наука приобретает этическую окраску.
4. Основные разделы современного естествознания.
В настоящее время в мире насчитывается около 15 тысяч научных дисциплин, и их число непрерывно растет. Считается, что за каждые 10-15 лет количество научной информации удваивается. Имеется большое количество междисциплинарных наук.
Разумеется, произвести классификацию всех естественных наук практически невозможно. Можно лишь выстроить цепочки, руководствуясь каким-либо принципом. Например, по сложности изучаемого объекта: физика химия (неорганическая, органическая) биология медицина. По масштабу изучаемого объекта: астрономия (в частности, астрофизика) геология (включая геологию отдельных планет) география экология биология. По используемому методу: логика математика физика. Как видно, ключевой наукой в каждой из этих цепочек является физика. Именно эта наука изучает самые фундаментальные, основополагающие законы природы. Поэтому знание основных физических понятий и законов является обязательным компонентом любого образования.
5. Структурные уровни организации материи.
В основе современных представлений о строении материального мира лежит системный подход . Любой объект или явление в соответствии с этим подходом рассматривается как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Дадим определения важнейших понятий:
Система – совокупность элементов и связей между ними;
Связи – отношения между элементами системы. Связи составляют структуру системы. Они могут быть горизонтальными (координация между однопорядковыми элементами) и вертикальными (отражающими субординацию, т.е. соподчинение, разнопорядковых элементов). Совокупность горизонтальных связей образует уровни организации системы, совокупность вертикальных связей отражает их иерархию.
Вся материя Вселенной также является колоссальной, сложнейшей системой. Можно выделить три уровня строения материи:
При изучении предмета «Концепции современного естествознания» мы, как и в любой науке, должны двигаться от простейших представлений и понятий к более сложным. Наиболее простыми и привычными для нас являются те явления, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и наблюдаем непосредственно. Все они описываются в рамках классических представлений, которые и следует вспомнить в начале курса.
Лекция 2.
Практические методы физических исследований. Физические величины и измерения.
Первоначальное взаимодействие человека (исследователя) с объектом или явлением имеет место непосредственно на практике. Здесь происходит накопление и систематизация фактов, их описание. Все это – практический , или эмпирический , уровень познания. Он включает в себя наблюдения, измерения, эксперимент. Лишь на основе полученных данных строится гипотеза и происходит подъем на более высокий, теоретический уровень познания.
Наблюдения.
Основным способом получения информации об окружающем мире и явлениях, которые в нем происходят, с древнейших времен было наблюдение. Наблюдение может проводиться как при помощи наших естественных органов чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и даже вкуса. Однако все эти чувства развиты у разных людей в разной степени, поэтому такие наблюдения достаточно несовершенны. Любые выводы, сделанные на основании таких наблюдений, будут в большой степени субъективны.
Существует огромное количество явлений, вообще недоступных непосредственному человеческому восприятию. Например, мы не видим электромагнитные волны, частоты которых лежат за пределами оптического диапазона, не воспринимаем ультразвук, не способны заглянуть в микромир.
Для более объективного, глубокого и разностороннего изучения действительности человеческому организму нужно «помочь» - требуется использование приборов. Однако система «прибор-объект» – это уже совсем не то же самое, что исходный объект.
Измерения и измерительные приборы.
Наблюдение становится частью научного исследования, если на основании этого наблюдения делаются некоторые сравнения и выводы. Для того чтобы сравнивать какие-либо свойства материальных объектов, требуется дать этим свойствам количественные характеристики. Более того, в квантовой механике считается, что реально существуют лишь те объекты, которые можно измерить: «Принципиально неизмеримое – физически нереально» (Бор, Гейзенберг). Процедура получения количественной информации об объекте исследования называется измерением . Инструмент, с помощью которого проводится измерение, называют прибором . Теорией измерений занимается специальная наука – метрология . Простейший способ измерения (прямой ) заключается в том, что исследуемый объект сравнивается с эталоном , принятым за единицу. Самый известный эталон – это платино-иридиевый стержень длиной в 1метр, хранившийся в Париже, в Палате мер и весов. Очевидны неудобства таких измерений, связанные с хранением и воспроизведением копий эталона. В настоящее время (с 1983 г.) решено считать 1 метр как расстояние, проходимое светом в вакууме за время 1/299792458 секунд.
Для измерения времени также нужен эталон. В настоящее время считается, что 1 секунда – это время, за которое происходит 9192631830 периодов колебаний излучения, испускаемого изотопом цезия
.
Заметим, что для измерения величин, описывающих явления макромира, привлекаются явления микромира и мегамира.
В соответствии с последними договоренностями эталонная длина в 1 метр не измеряется непосредственно, а вычисляется по формуле 
, где с
– скорость света в вакууме. Такое измерение носит название косвенного
. В подавляющем большинстве физические измерения являются косвенными. К косвенным измерениям можно также отнести метод экстраполяции
, который основан на предположении о том, что в области, где измерения не проводились, поведение системы остается таким же. Экстраполяция далеко не всегда подтверждается экспериментом.
Физические размерности. Международная система СИ.
При измерении исследователь получает количественные характеристики какого-либо свойства данного объекта. Каждая величина имеет свой физический смысл и свою единицу измерения - размерность. Величины разной размерности нельзя сравнивать, складывать или вычитать друг из друга, т.к. они описывают разные свойства объектов.
Единицы измерения оказалось удобно согласовать между всеми странами. Это было вызвано прежде всего экономическими интересами. В настоящее время мировым сообществом принята единая метрическая система мер, называемая Международной Системой (СИ). Ее основные единицы (требующие определения с помощью эталона):
Длина – 1 метр;
Время – 1 секунда;
Масса – 1 килограмм;
Термодинамическая температура – 1 Кельвин;
Количество вещества – 1 моль;
Сила электрического тока – 1 Ампер;
Сила света – 1 кандела;
Остальные физические величины получаются из перечисленных и называются производными, например, Н, Дж, Вт, В, Ом.
4. Погрешности измерений.
Любое измерение может быть проведено только с некоторой точностью. Получить абсолютно точное значение физической величины принципиально невозможно по целому ряду причин. Первая из них состоит в том, что измерение есть результат взаимодействия прибора и объекта. В свою очередь приборы сами являются техническими устройствами и имеют ограниченные возможности. Кроме того, любой физической величине присущи вероятностные свойства, и это фундаментальное свойство всей материи, о чем мы будем говорить особо в специальной лекции. Говорят, что измерение величины х
0 произведено с определенной точностью 
, а само значение называют абсолютной ошибкой
или абсолютной погрешностью измерений. Естествоиспытатель может только утверждать, что истинное значение измеряемой величины 
лежит в интервале от (
) до (
): 
.
Иногда удобнее говорить об относительной ошибке
или относительной погрешности измерений: 
. Эта величина, особенно будучи выражена в процентах, дает очень наглядное представление о точности проведенных измерений.
Перечислим основные факторы неточности эксперимента. Помимо грубых промахов самого экспериментатора, их можно разделить на две группы:
1) систематические , которые определяются классом точности прибора (1/2 цены деления) и, возможно, какой-то постоянной ошибкой прибора;
2) статистические
, обусловленные случайными отклонениями от истинного значения в каждом конкретном опыте. За истинное значение величины часто приходится принимать среднее
, где N
– число опытов. Чем больше опытов было сделано, тем ближе 
к истинному значению.
Эксперимент.
Как правило, исследователь заранее планирует свои наблюдения и измерения, руководствуясь некоторой гипотезой , т.е. предположениями об ожидаемом результате. А.Эйнштейн указывал, что “только теория определяет, что можно наблюдать”. Для более глубокого проникновения в суть явления требуется менять условия опыта, вмешиваясь тем самым в объект исследования.
Целенаправленные действия, связанные с изменениями в самом объекте исследования, называют экспериментом . Эксперимент позволяет выявить такие свойства и закономерности внутри объекта, которые в обычных условиях скрыты.
Особая форма эксперимента – мысленный эксперимент . В последнее время все большее значение приобретает численный эксперимент , в котором ученый имеет дело с математическими моделями явлений природы.
Использование результатов эксперимента. Теория. Критерии научности и истинности теории.
Результаты эксперимента следует истолковать. Если первоначальная гипотеза исследователя подтвердилась, то исследования переходят на новый уровень – теоретический , т.е. строится научная теория в рамках существующей парадигмы. Если же удовлетворительной теории, описывающей наблюдаемое явление, не удается построить, это может привести к революционной смене парадигмы.
Рабочая программа
Современный период развития естествознания
Мамедов Азиз Башир оглу,
доктор философских наук, профессор кафедры философии для естественных наук Бакинского государственного университета,
Рашадат Исмаил оглу Баширов,
кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой основ естествознания и общей биологии Сумгайытского государственного университета,
докторант кафедры философии для естественных наук
Бакинского государственного университета.
Каковы особенности современного периода развития естествознания или современного естествознания? Прежде чем ответить на этот вопрос окинем взором концептуально-методологические изменения, произошедшие в естествознании во второй половине XX века.
1. Первый признак, характеризующий современное естествознание - широкое распространение в его различных областях идеи и методов синергетики.
Синергетика – теория самообразования и развития свободных природных открытых сложных систем. Для того чтобы отразить наблюдаемые закономерности сложных систем используются применяемые в синергетике такие понятия как диссипативная структура, бифуркация, флюктуация, хаотичность, странные аттракторы, нелинейность, неопределенность, необратимость и т.д. Синергетика взаимодействует с системами сложного строения, образованными посредством хаотичных связей стоящих на различных уровнях развития. На такие системы можно смотреть как «эволюционное целое».
Аутсорсинг и аудит! Консалтинговые услуги! Юридическое сопровождение
Г.Хакен так описывает ключевые положения синергетики систем: синергетические системы состоят из несклонных или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействие друг с другом. Синергетические системы являются нелинейными; синергетические системы, которые изучаются в физике, химии и биологии как открытие системы находятся далеко от состояния теплового равновесия; синергетические системы подвержены внутренним и внешним колебаниям; так как синергетические системы открытие могут стать нестабильными; в синергетических системах обнаруживаются эмерджентные новые качества; в синергетических системах возникают пространственные, временные или функциональные структуры; новые структуры которые возникают в синергетических структурах могут быть упорядоченными или хаотичными.
Синергетика раскрывает внутренний взаимосвязь порядка и хаоса. До возникновении синергетики думали, что хаос есть хаос, он никак не может превратиться в порядок. Но, Хакен открыв закономерности открытых систем, тем самым доказал, что системный фактор состоит не в хаотичности, а в динамике, в взаимодействии. Хаос тоже динамична как и порядок. А это доказывает, что хаос вовсе не находятся в отрыве от порядка, в хаосе рождаются порядок, упорядоченность. Таким образом, если в классическом естествознании хаос играл чисто негативную роль, являясь символом дезорганизации, неструктурности и разрушения порядка, то в синергетике он выпускает в качестве конструктивного фактора. Так как с одной стороны, из хаоса или беспорядка возникает порядок, а с другой стороны – сам хаос представляет собой сложную форму упорядоченности.
Таким образом, синергетика изучает развивающуюся закономерность образования сложных структур от более простых структур. В этом случае синергетика исходит из принципа о том, что объединение структур не может быть заменено простой сборной операцией, здесь целое уже не совокупность ее частей, не больше и не меньше их, это целое просто новое качественное состояние.
Один из основоположников синергетики Г.Хакен выдвинул такой вопрос: какие общие особенности можно обнаружить в развитии различных природных и социальных систем? И он так отвечал на свой вопрос: общее – само по себе создание структуры; качественные изменения, происходящие на макроскопическом уровне; появление нового качества посредством эмерджентного способа; процесс самообразования, который встречается в открытых системах. По мнению Хакена, синергетический взгляд отличается от традиционного взгляда переходом от оценки простых систем к изучению сложных систем; от оценки закрытых систем к изучению открытых систем; от оценки линейных систем к изучению нелинейных систем; от оценки равновесия процессов к изучению их делокализации и нестабильности.
Несмотря на то, что зарождение синергетики связано с именами Г.Хакена, И.Пригожина и других на формирование ее основных идей, большое влияние оказали также диалектика Шеллинга, Гегеля, Маркса. Несмотря на то, что многие об этом умалчивают, один из основоположников синергетики И.ПРигожин, признавая это, писал, что «природа подтверждает существование иерархии в философии, когда каждый уровень требует предшествующий ему уровень». Согласно этому Пригожин однозначно отмечает, что идея истории природы, как составная часть материализма, принадлежала К.Марксу, была всесторонне развита Ф.Энгельсом.
Несмотря на признание Пригожина, часть современных ученых не видя связи между диалектикой и синергетикой, предполагала, что диалектика прекратила свое существование и поэтому ее нужно заменить синергетикой. Однако с такой идеей, конечно, нельзя согласиться, так как в довершение того, что существует общая теория развития и универсальный познавательный метод, диалектика – одно из больших достижений мировой философской мысли, им и останется.
2. Второй признак, характеризующий современное естествознание - закрепление теории цельности, осознание необходимости всестороннего глобального взгляда на мир.
Спрашивается: в чем заключается содержание парадигмы цельности?
Парадигма цельности проявляется в целом ряде явлений, в том числе в цельности, неразрывности явление природы, общества, биосферы, ноосферы, мировоззрения и других явлений. Одно из выпуклых проявлений цельности состоит в том, что человек находится не снаружи изучаемого объекта, а внутри. Он является частью, постоянно познающей целое. Академик В.И.Вернадский для разъяснения этой мысли писал, что история познания науки показывает, что без человека наука невозможна и наука это то, что создал человек…закономерности, встречающиеся в окружающем мире, человек превращает в свои слова, в свой ум».
Одна из закономерностей, наблюдаемая в последней четверти XX века, состоит в том, что природа объединяет науки, ускоряет сближение природно-научных и гуманитарных знаний, науки и искусства. Тогда как, не принимая во внимание субъект продолжительной деятельности, естествознание было занято изучением только природы, гуманитарные же науки изучали только человека, душу человека, познанием его различных аспектов проявляли еще больший интерес к выяснению связи социальных знаний и духовных структур человека. В то время как идея и принципы нашедшие развитие в современном естествознании, стали чаще появляться в гуманитарных науках и возникает противоположный процесс. Освоение саморазвивающихся систем «человекоизмерения» наукой стерла ранее непроходимые границы между методологией естествознания и методологией социального познания, стало причиной сближения этих областей знания. В связи с этим наблюдалось стремление к конвергенции двух культур – научно-технической и гуманитарно-эстетической, науки и культуры.
Известно, что уже несколько веков западная культура представляется как эталон, самое большое достижение в истории мировой культуры и неповторимый пример. Одна из тенденций, которая привлекает внимание в развитии современного естествознания, связана с выходом за границы западной культуры специальных наук. В настоящее время постепенно ученые все больше обращаются к традициям и методам восточной мысли. В наши дни высказываются мысли не только о сильных, но и о слабых сторонах европейского рационализма, широко обсуждается в научной литературе тема «Запад-Восток».
3. Третья особенность, характеризующая современное естествознание, заключается в укреплении в нем идеи коэволюции и в постепенном их распространении в более широком масштабе.
Известно, что произвол, связанный с изучением различных биологических объектов и уровней их формирования, идет из биологии. Сегодня понятие коэволюции охватывает все возможные обобщенные панорамы. Сущность идеи глобального коэволюционирования заключается в этом же. Это понятие, содержа в себе как материальности, так и идеальные системы, носит универсальный характер.
Понятие глобальной коэволюции органически связано с понятием «самоформирование». Отличие этих понятий только в том, что если понятие самоформирования связано со структц\урой, состоянием систем, понятие коэволюции связано с корреляцией отношений развивающихся систем и эволюционных изменений. Коэволюция состоит из молекулярно-генетического и биосферного уровня.
Коэволюция завершается единством природных и социальных процессов. Поэтому с целью системного и интенсивного исследования механизма коэволюционного процесса, на современном этапе развития науки необходимо достигнуть органического единства и постоянного взаимовлияния природно-научных и гуманитарных знаний.
4. Современное естествознание характеризуется изменением характера объекта исследования и усилением роли комплексного подхода в его изучении.
В современной методологической литературе постепенно наблюдается тенденция к заключению о том, что если объектом классического естествознания являлись простые системы, а объектом неклассического естествознания являлись сложные системы, то в современном естествознании внимание ученых все больше привлекают системы, формирующие новые уровни своего образования и находящиеся в историческом развитии открытые и самоформирующиеся сложные системы для определения облика современной науки требуют применения новых методологических принципов их познания.
В современной научной литературе отдельно отмечается целый ряд признаков самоформирующихся систем. Среди них главными являются следующие:
а) эти системы с точки зрения материи, энергии и восприятия информаций являются открытыми;
б) эти системы среди многих путей эволюции выбирают одну и с этого взгляда являются нелинейными;
г) в этих системах переход от одного состояния к другому носит хаотический характер;
д) невозможно предсказать результат протекания этих процессов;
е) в этих системах сильна способность изменять с целью, чтобы быть в активном взаимовлиянии со средой и с целью интенсификации их деятельности;
ж) в этих системах существует способность принимать во внимание опыт прошлого;
з) структура этих систем подвижна и изменчива.
Изменение характера объекта исследовано в современном естествознании сопровождается изменением методов подхода к нему и методов исследования. Если целью предыдущих уровней естествознания было изучение изолированных фрагментов реальности, цель современного естествознания – использование в своей деятельности комплексных исследовательских программ и межнаучных исследовательских методов.
5. Еще одна из отличительных особенностей современного естествознания – широкое применение во всех его областях философии и ее методов.
Философия своими научно-теоретическими их практико-содержательными основами проникает во все области современного естествознания. Функции философии на современном этапе естествознания: антологическая, гносеологическая, методологическая, мировоззренческая, аксеологическая, предсказывающая, социальная. Эти функции оказывают более активное влияние, чем в прежние этапы.
6. Одной из специфических особенностей современного естествознания также является господство в ней методологического плюрализма, который вытекает из познания методологии, в том числе ограниченности, односторонности диалектического материализма. Сложившуюся в естествознании подобную ситуацию американский научный методолог П.Фейерабенд очень метко выразил в словах: «Все возможно». Еще в свое время видный немецкий физик В.Хейзенберг отмечал, что мы не можем ограничить методы нашего мышления только философией. В связи с этим, он считал неправильным объявление «единственности и истинности какого-либо метода и тем самым отказывается от методологических концепций. В современном естествознании нельзя ограничиться только логикой, диалектикой и эпистемологией. Для того, чтобы адекватно оценить реальность современному естествознанию необходимы интуиция, фантазия, воображение и другие факторы.
7. Из недавно сформированных особенностей современного естествознания – широкое проникновение в него деятельности человека, объединение объективного мира с миром человека, устранение пропасти между объектом и субъектом.
Еще в классический период естествознания стало известно, что новые открытия демонстрируют «субъективность в законах физики» (А.Эддингтон), «формирование единства объекта и субъекта и то что между ними нет непроходимой границы» (Э.Шредингер), «различные аспекты тождественной реальности сознания материи». В современном естествознании эта тенденция еще более усиливается. Один из основоположников квантовой механики В.Хейзенберг отмечал, что уже в его время можно говорить не об узаконенной в естественных науках природной картине, а о картине отношения человека к природе. Поэтому с одной стороны, объективные события, протекающие в пространстве и во времени, с другой стороны деление на существующие аспекты субъективного отражения этих событий не может считаться опорой в понимании науки ХХ века. Результат умозаключений Хейзенберга заключается в том, что в центре внимания современного естествознания должна находиться не сама природа, а «сеть взаимовлияния человека с природой». Природа – как отсутствие автомата, который бы говорил только те слова, которые хотел бы услышать ученый; так же и научное исследование не является монологом, это прежде всего диалог ученого с природой. А это значит, активное познание природы человеком, в лучшем случае является частью внутренней деятельности.
8. Современное естествознание также характеризуется глубоким проникновением во все его области идеи развития, а также «историзацией», «диалектизированием» (как разновидности развития). И.Пригожин писал по этому поводу: «Существует не только история жизни, но и история всей Вселенной и это может привести к важным заключениям». Самое главное из этих заключений - необходимость перехода к высшей форме мышления – к диалектике, включающей теорию логики познания. Видный ученый нашего времени, лауреат нобелевской премии И.Пригожин уверен, что мы на пути к новой концепции, ведущей к единой панораме мира.
Характеризуя в общем научное мышление, известный физик и научный методолог К. Фон Вайцзеккер пишет, что одной из основных тендеций современной науки является превращение ее в науку о развитии. Тем самым современное естествознание подтверждает идею Гегеля и Энгельса о том, что представителям естествознания необходимо овладеть методом диалектики.
9. Отличительной особенностью современного естествознания также является увеличение математизирования естественных наук, особенно физики, повышения уровня абстрактности и сложности этих наук.
В науке ХХ века резко увеличилась роль математических вычислений, так в различных областях естествознания ответы на задания, требующие решения, в большинстве случаев необходимо представить в словесной форме. Математическое моделирование в настоящее время превратилось в существенный признак научно-технического процесса. Сущность этого вида моделирования состоит в замене исследуемого объекта соответствующими математическими моделями и в проведении специальных экспериментов по их исследованию посредством вычислительно-логических алгоритмов в ЭВМ. В связи с последними достижениями синергетики моделирование в современной науке приобрело новую форму.
10. Другая особенность современного естествознания – способность зарождаться на основе принципов глобального эволюционирования.
Установление эволюционных идей имеет длинную историю. Уже в XIX веке эти идеи нашли применение в геологии, биологии. Однако вплоть до современного периода эволюционный принцип не стал господствующим принципом в естествознании. Причиной этому послужило проникновение выполняющего долгое время в естествознании лидирующую функцию принципа развития в значительную часть истории физики, в ряд ее постулатов.
Представления об универсальности эволюционных процессов, происходящих во Вселенной, реализовались в науке в концепции глобального эволюционирования.
Эта концепция, основываясь на биологию, астрологию, геологию экстраполировала идеи эволюционирования во все сферы реальности и рассматривала все живое, неживое, социальную материю как единый универсальный процесс эволюции. Идея глобального эволюционирования продемонстрировала переход главного принципа естествознания – принципа историзма в диалектический способ мышления.
Каждая из естественных наук отдала свою дань обоснованию универсального эволюционирования. Однако, в результате обоснования этой концепции в ХХ веке три важных концептуальных направления науки приобрели определенную важность: первое – не стационарная теория Вселенной, второе – синергетика, третье – теория биологической эволюции и развивающиеся на основе этой теории концепции биосферы и ноосферы.
Концепция глобального эволюционирования выполняет следующие функции:
1) объясняет взаимосвязь самоформирующихся систем различной степени сложности и генезис новых структур;
2) рассматривает живое, неживое и социальную материю в диалектической взаимосвязи;
3) создает базу для рассмотрения человека как объекта космической эволюции, как закономерную ступень развития Вселенной;
4) формирует основу синтеза современных научных знаний;
5) формирует важный принцип исследования объектов нового типа - самоформирующихся систем.
В настоящее время ученые пытаются создать единую физическую теорию мира, которая содержала бы в себе все взаимовлияния и которая бы основывалась на синтезе релятивистских и квантовых идей. Аналогичное явление наблюдается и в других науках. Например, математики пытаются объяснить устройство математики на основе теории единства множеств. Биологи же на основе принципов теории эволюционного синтеза генетики и современной молекулярной биологии пытаются создать единую теоретическую биологию.
11. Знаменательной особенностью современного естествознания является также понимание его как природного организма. В настоящее время природу рассматривают не как совокупность изолированных друг от друга объектов или как их механическую систему, а как целое, в котором в определенных границах происходят изменения, и как живой организм. Нарушение этих границ может стать причиной изменения системы, перехода ее в качественно новое состояние. Постепенно укрепляются гармонические связи и взаимовлияние между людьми, между людьми и природой. В рамках такого подхода к природе человек уже чувствует себя не хозяином и не работ природы, а ее органической частью. В настоящее время формируется новая наука под названием «Этика биосферы». Эта наука будет изучать не только этические отношения между людьми, но и взаимные этические отношения между человеком и природой.
12. И наконец, характерной особенностью современного естествознания является также то, что эта форма мышления понимает мир не только как систему гармонии, благозвучности, закономерности, но и как систему нестабильности, неустойчивости, транссизма, хаоса, неопределенности.
Все сказанное показывает, что в развивающемся изучении мира необходимо обязательно принять во внимание его два взаимосвязанных аспекта: стабильность и нестабильность, порядок и хаос, определенность и неопределенность.
Принятие же неустойчивости и нестабильности как фундаментальных характеристик устройства мира безусловно требует применения в процессе познания новых методов и способов, являющихся по своей сути диалектическими.
Литература
1. Борн М. Размышления и воспоминая физика. М., 1977.
2. Борн М. Физика в жизни моего поколения. М., 1973
3. Вернадский В.И. О науке. Дубна, 1997.
4. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М., 1987.
5. Дажо Р. Основы экологии. М., 1975.
6. Князева Е.Н. Синергетика как новое мировидение: диалог с Пригожиным // Вопросы философии, 1992, №12.
7. Князева Е.Н., Курдюмов С.И. Синергетика как новое мировидение: диалог с Пригожиным // Вопросы философии, 1992, № 2.
8. Мамедалиева С. Химия и экология. Баку, «Элм», 1993.
9. Мамедов Б.А. Научное познание и диалектика его развития. Баку, 1998.
10. Одум М. Основы экологии. В двух томах. М.,1986.
11. Париев Е.И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967.
12. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М., 1986.
13. Проблемы методологии постклассической науки. М., 1992.
14. Стапин В.С., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. М., 1994.
15. Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. М., 1986.
16. Фейнберг Е.Л. Эволюция метологии в ХХ веке // Вопросы философии, 1996, № 7.
17. Философия природы. Коэволюционная стратегия. М., 1985; Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, 1991.
18. Эйнштейн А, Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965.
ВВЕДЕНИЕ
1. Общие представления о предмете “Концепции современного
2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
3. Научный метод в изучении окружающего мира. Методы освоения,
накопления и распространения достижений современного естество-
знания на примере практики военной деятельности.
4. Основные сведения об измерении величин в естественных науках.
Общие представления о дисциплине “Концепции
современного естествознания”.
Современное естествознание образуется из та-ких областей научного знания, как
■ физика, химия, физическая химия, механика;
■ география, геология, минералогия;
■ метеорология, астрономия, астрофизика, астрохимия;
■ биология, ботаника, зоология, генетика;
■ анатомия и физиология человека, —
и многих-многих других, изучающих нашу планету, ближний и дальний Кос-мос, твердое вещество, жидкости и газы, живое вещество и человека как про-дукта природы.
Невозможно назвать всех ученых, внесших в развитие естествознания наиболее весомый вклад, но нельзя говорить о естествознании, не вспоминая таких гениев, как Г. Галилей, И. Ньютон, Р. Декарт, М. В. Ломоносов, Ч. Дар-вин, Г. Мендель, М. Фарадей, Д. И. Менделеев, В. И. Вернадский.
Ниже описываются основные концепции современного естествознания. Как известно, под термином «концепция» понимается система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов или единый, определяющий замысел, веду-щая мысль какого-либо произведения.
Цель КСЕ - ознакомить студентов с естествознанием, как составной частью культуры , с его основополагающими принципами и концепциями, сформировать целостный взгляд на мир, проявляющийся как единство природы, человека, общества.
Для достижения сформулированных в программе целей в учебном пособии нашли отражение следующие аспекты. Рассмотрена характеристика диалектической взаимосвязи естественной и гуманитарной составляющих культуры. Изложены основы научного познания окружающего мира, классифицированы научные методы его исследования. Приведены сведения об измерении величин в естественных науках. Мотивирована необходимость изучения КСЕ с целью формирования представлений современной картины мира.
Описаны этапы зарождения рационального познания как методологии изучения мира, которое происходило в результате диалектической борьбы различных научных и религиозных направлений. Изложены основные сведения о научных картинах мира и их сути. Результатом развития методов научного познания стала диалектическая неразрывность экспериментальных и теоретических исследований.Рассмотрена эволюция естественнонаучной картины мира на основании трудов Исаака Ньютона, получившая название механистической.
Следующим этапом развития естественнонаучных знаний явилось множество открытий в химии живого и биологии. В рамках последней зародились и сформировались эволюционные представления, вошедшие в будущем в естествознание, как неотъемлемая часть теории развития.
Открытие в XVIII -XIX веках электрических и магнитных полей привело к развитию электромагнитной картины мира, решающая роль в которой принадлежит теории близкодействия . С открытием же атома и его строения наука, в частности, физика, пережила последнюю и самую бурную революцию. К началу XX века накопилось большое количество фактов, необъяснимых с точки зрения электромагнитной картины мира. Необходимо было построить новую, получившую название современной. Она неразрывно связана с квантовой механикой, теорией относительности, а также с последними достижениями генной инженерии и проч.
Разобраны принципиальные концепции современной научной картины мира, к которым относятся - системный метод исследований, принцип глобального эволюционизма, теория самоорганизации или синергетика. Основываясь на этих концептуальных особенностях можно представить основные тенденции развития современного мира, рассмотреть панораму современного естествознания.
Показывается, что исходя, из масштабов наблюдателя можно рассматривать любые объекты материальной природы либо с позиций корпускулярной, либо с позиций континуальной концепции описания природы. Принципиальной разницы здесь не наблюдается, хотя, безусловно, проявляется один из глобальных законов философии “о переходе количества в качество”.
Осуществляется переход к изучению соотношения порядка и беспорядка в природе. Даны определения хаоса и его меры - энтропии. Обсуждены модели и механизмы порядка и хаоса, рассмотрена их связь с уровнем энергии материальной системы.
Основываясь на системном подходе в науке, выделены три уровня организации материи. Рассмотрен микромир с точки зрения современной картины мира, проявление в нем корпускулярно-волнового дуализма. Макромир описан с позиций классического естествознания, согласно которому материя существует в виде вещества и поля. Выяснена системная организация мегамира.
Изложены основные сведения о пространстве и времени. Показано, что структура пространства и времени определяется распределением масс материальных объектов и зависит от скорости их движения. Выражением законов симметрии в мире является связь пространства и времени с основными законами естествознания - законами сохранения. Введены понятия биологического, психологического, социального пространства и времени.
Рассматриваются фундаментальные взаимодействия. Формируются представления о частицах, осуществляющих взаимодействия, о константах связи. Приведены характеристики взаимодействий с точки зрения радиуса действия, интенсивности, источника и рассмотрены примеры конкретных проявлений.
Сконцентрировано внимание на концепциях дально- и близкодействия, законах сохранения. Разобраны примеры их проявления в различных областях естествознания.
Далее рассмотрены базовые принципы физической картины мира, к которой относятся принцип относительности, неопределенности, дополнительности, суперпозиции, симметрии. Сконцентрировано внимание на тесной взаимосвязи изложенных принципов и таких атрибутов материи как время, пространство, масса, энергия. Изложены основные представления теории относительности Эйнштейна. Раскрыт смысл принципа неопределенности Гейзенберга и принципа дополнительности. Приведены конкретные примеры проявления принципа суперпозиции в электродинамике, волновых процессах, квантовой механике и даже в гуманитарной области знаний.
Рассмотрено понятие состояния, динамические и статистические закономерности в природе.
Изложены базовые, фундаментальные законы природы и на их основе объяснены свойства и поведение сложных многоатомных систем. Приведены конкретные примеры функционирования различных систем и проявление для них такого важного понятия естествознания как точка бифуркации. Понимание рассмотренных фундаментальных законов естествознания позволяет перейти к изучению синергетических представлений о низкоорганизованной материи.Изложенным материалом утверждается, что в значительной степени происходящие изменения в окружающем мире связаны с химическим взаимодействием элементов или образованных из них комплексов, то есть, обусловлено химическими процессами. Для вступающих во взаимодействие веществ реакционная способность определяется строением или структурой образующих их элементов. Именно характером строения вступающих в реакции веществ определяются свойства получаемых в результате. Сформулированы концептуальные уровни познания в химии. Показано, что самоорганизация и эволюция таких сложных биологических систем как человек возможна именно благодаря осуществлению широкого круга химических реакций. Далее формируются представления о звездах, звездных системах, определены их основные характеристики. Даны представления о Вселенной и рассмотрены модели ее происхождения. На основании теории глобального эволюционизма сконцентрировано внимание на происхождении и развитии Солнечной системы. Изложены основные сведения о внутреннем строении и истории геологического развития Земли, сформированы современные концепции развития геосферных оболочек. Представлены научные знания о литосфере как биотической основе жизни. Показано, что ряд факторов делает Землю особой планетой Солнечной системы. При этом гидросфера - колыбель жизни, а мировой океан - “геохимический реактор”. Значительное внимание уделено изучению экологических функций литосферы. Выделено два основных направления экологии и раскрыты их задачи. Приведены основные сведения о географической оболочке Земли и ее параметрах. Географическая оболочка Земли позволяет определять координаты любой точки поверхности, понимать механизмы формирования климата, рассчитывать высоты и глубины, фиксировать время происходящих событий. Изложены основы научных знаний об особенностях биологического уровня организации материи, сформулировано понятие клетки и определены ее основные свойства. Рассмотрены колебательные и волновые процессы, их характеристики. На основе этих представлений проанализированы процессы жизнедеятельности организмов и сделан вывод об их цикличности. Показано что многообразие живых организмов обеспечивает стабильность и устойчивость геобиоценозов.
Рассмотрены естественнонаучные гипотезы происхождения жизни. Показаны возможные пути ее развития и выделены предпосылки возникновения. Представленный материал позволяет считать Землю особым объектом Солнечной системы, где было возможно появление живых существ.
На основе современных материалистических представлений, прежде всего о естественном отборе, сформулированы гипотезы происхождения человека. Выделены группы черт связывающих его с животным миром, и представлены характерные отличия.
Составлена линия родословной человека.
На основе палеонтологической информации главными факторами, сделавшими человека социальным существом, являются совместная добыча еды, наличие огня, труд, членораздельная речь.Соответственно с принципом глобального эволюционизма показано, что развитие живых организмов и их групп подчиняется законам генетики. Ее базовыми положениями являются представления о мутации, наследственности, популяции. Выделены основные положения синтетической теории эволюции. Даны краткие представления о здоровье, работоспособности и эмоциях человека и факторах их определяющих. Продемонстрировано влияние космических циклов на биосферу Земли и процессы в ней. В частности, показано суточное, сезонное и другое влияние на жизнь людей, в том числе и военнослужащих. Сформировано представление по ноосфере, на основании которого намечены пути возможного развития окружающего мира и человечества. Приведенные примеры показывают важность осторожного обращения с природой в части проблем биоэтики, которые в свою очередь связаны с принципом необратимого развития материи. Этот же принцип приводит к тому, что такой параметр материи как время тоже необратим.
Представлены сведения о самоорганизации в неживой природе, полученные на основе представлений о замкнутых системах.
Показано, что время их существования ограничено за счет возрастания энтропии. На основе синергетических представлений об открытых системах показано, что они могут поддерживать постоянным или даже снижать уровень энтропии за счет обмена с внешней средой веществом, энергией, информацией. Развитие живого при этом идет благодаря наличию флуктуаций и положительной обратной связи. Показано что процессы самоорганизации и самоусложнения происходят при нарушении симметрии в системах, т.е. когда они находятся вдали от равновесия.
Изложенный материал позволяет подтвердить осуществление удачной попытки представления окружающего мира с позиций единой культуры через возникновение таких дисциплин как КСЕ, создание сети “Internet” и проч.
Для самостоятельной работы студентов над темами предмета предлагаются, прежде всего, базовые учебные пособия, имеющиеся в библиотеке университета. Кроме этой литературы, существуют и другие учебники, которые можно использовать при подготовке к семинарским занятиям или экзамену. Наиболее полно соответствуют программе курса учебники следующих авторов: С.Г.Хорошавиной, В.Н.Лавриненко, С.Х.Карпенкова, Г.И.Рузавина,
На лекциях необходимо конспектировать излагаемый преподавателем материал, с выделением определений, законов, основных рисунков и диаграмм. Необходимо оставлять поля для внесения дополнений и пояснений в процессе самостоятельной работы. Желательно перечитывать материал в день записи и отмечать в нем неясное.
При подготовке к семинарам следует усвоить основные положения материала лекций. Уровень усвоения можно оценить по вопросам, приводимым в конце лекции или по вопросам к семинару. Вопросы, не помеченные знаком (*) являются обязательными для понимания. Те же, что отмечены этим знаком, подразумевают более глубокое их изучение и могут быть представлены в виде сообщения или доклада на семинарских занятиях. Подготовка к экзамену подразумевает фундаментальную проработку теоретического материала курса, а также записей семинарских занятий, выбор из материала того основного, что вошло в вопросы экзаменационных билетов.
На лекционных и семинарских занятиях будет рассмотрена история возникновения науки: сначала как суммы знаний человечества об окружающем мире, достаточно разрозненных, хаотических (древний Египет, Китай, Месопотамия, Индия), а затем осуществлен переход к системе знаний в рамках философии (натурфилософии) Аристотеля, к этапам становления современной науки (зарождение и развитие научных методов) от Коперника до Эйнштейна и современной космологии.
К созданию естественных наук (начиная с конца 18 века): физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, психологии и др. привела дифференциация знаний о природе, связанная с выделением исследуемых явлений, процессов, выработкой методов их изучения и в связи с общностью полученных результатов. В настоящее время попытки представить мир как единое целое , выявить наиболее общие закономерности Вселенной выразились в создании обобщенной, интегративной науки - естествознания. Одной из главных ее задач является стремление сделать глубокие философские, методологические выводы об универсальности действия всеобщих законов эволюции, о системной организации и самоорганизации окружающего мира. Вместе с принципом историчности они позволяют говорить об объективном восприятии, понимании того мира, в котором мы живем, уяснении целей и смысла существования нашей цивилизации.
В целом курс КСЕ затрагивает такие темы: эволюция естественнонаучная картина мира (историю естествознания); современная научная картина мира; основные современные космологические представления; основные гипотезы происхождения жизни и человека; место человека во Вселенной, место науки в современном мире и прогнозирование ее развития и др.
К наиболее общим понятиям курса относятся:
Концепция (от латинского Conceptio) употребляется в смысле:
а) система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов;
б) единый, определяющий замысел, ведущая мысль какого-либо произведения, научного труда и т.д.
Естествознание - система знаний о природе; раздел науки, который изучает окружающий нас мир таким, как он есть, в его естественном состоянии, существующий независимо от человека.
Наука - система знаний о явлениях и процессах объективного мира и человеческого сознания, их сущности и законах развития; наука как социальный институт есть сфера деятельности людей, в которой вырабатываются и систематизируются научные знания о явлениях природы и общества.
Концепциями естествознания - называют результаты научных исследований выраженных в виде научных теорий, законов, моделей, гипотез, эмпирических обобщений.
Достижения естественных наук являются составной частью общечеловеческой культуры, поэтому «Концепции современного естествознания» это такой учебный курс, который должен показать роль и значение естествознания в понимании окружающего мира, в осознании места человека в этом мире, в формировании научной картины мира.
