Краткий курс лекций по предмету

«Основы современного естествознания»

Предмет и содержание современного естествознания

Естествознание – наука о природе; совокупность естественных наук, взятая как целое. Земля, на которой мы живем. Вселенная, простирающаяся вокруг нас, живая и неживая материя, которую мы познаем в своих ощущениях, и, наконец, сам человек – вот то, что изучает естествознание.

Другими словами, предметом естествознания являются различные виды материи и формы их движения, проявляющиеся в природе, их связи и закономерности. Современное естествознание образуется из таких областей научного знания, как:

· Физика, взятая как совокупность дисциплин;

· Химия органических и неорганических соединений;

· География, геология, минералогия, метеорология;

· Астрономия, астрофизика, астрохимия;

· Биология – от систематики до молекулярной биологии

· Науки о человеке

В обобщенном виде можно сказать, что естествознание состоит из таких последовательно вложенных друг в друга основных частей как физика, химия, биология и психология.

· Все эти науки в отдельности и все естествознание в целом основывается на логически обоснованной и общеупотребительной математике.

Математика во всем многообразии дисциплин является универсальным инструментом для научного познания. Необходимая для всего точного естествознания математика начинается с простейшего счета (арифметики) и со всевозможных простейших измерений (простейшей геометрии Евклида). По мере своего развития естествознание использует все более совершенную математику, вплоть до высшей.

Естествознание изучает мир, как он есть, в его естественном состоянии, взятом как единое целое. Естествознание изучает нашу планету, ближний и дальний Космос, твердое вещество, жидкости и газы, живое вещество и человека, как продукт природы.

Естествознание – неотъемлемая и важнейшая часть духовной культуры человечества. Необходимо знать современные фундаментальные научные положения, наиболее общие мировоззренческие и методологические представления о естествознании, так как отдельные отрасли знания – естественные, технические, социальные, гуманитарные в отрыве одна от другой не могут дать целостную картину природы, общества и человека.

В наше время происходит всемирная гуманитарно-экологическая революция, сменяющая научно-техническую, или проще технический взрыв, базировавшийся на накопленном знании в XIX–XX вв. В 1687 г, когда в свет вышла основная работа И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» физический мир представлялся ученым цельным и взаимосвязанным. Казалось, что его можно описать с помощью небольшого числа компактных формул. Так Ньютон в своей работе описывает три закона движения – закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения, закон равенства действия и противодействия, из которых выводиться большое число следствий, образующих фундамент классической механики и классической физики. В этом же произведении, из взаимного тяготения тел, пропорционального их массам и обратно пропорционального квадрату расстояния между ними, Ньютон вывел установленные И. Кеплером законы движения планет. Вряд ли Ньютон либо кто-нибудь другой мог предполагать, как разовьется в будущем фундаментальная наука.

Еще сравнительно недавно физика казалась химикам и биологам закрытой сектой, члены которой смотрят на непосвященных свысока и общаются между собой на непонятном языке. Это было время бурного развития теории элементарных частиц, первых экспериментов на больших ускорителях (синхрофазотронах), уверенности в скором решении проблемы получения термоядерной энергии, популярных изложений теории относительности и квантовой механики. Позже появились научно-популярные статьи, и широкая публика смогла получить хоть какое-то представление обо всем этом. Наступила пора узкой специализации, когда даже специалисты, работающие в смежных областях физики или другой науки, перестали понимать друг друга. Чтобы оценить сделанное соседом по смежной теме, требовались специальные знания. Ушли в прошлое времена, когда универсалы могли заниматься то электричеством, то теплотой, то разрабатывать математические методы. И вот, через 300 лет после Ньютона из-за обилия новейших специальных знаний возникла острая потребность в универсальности.

Тенденция, обратная специализации, существовала всегда. Сейчас она возобладала, появились смежные дисциплины, такие как кибернетика, биофизика, биохимия, радиобиология, геохимия, геофизика и др. В объединении усилий специалистов разных отраслей знаний очень часто кроется путь к решению проблем, которые раньше не могли быть решены методами одной науки. Ярким примером может служить расшифровка генетического кода: при его раскрытии использовали и сугубо биологические (генетические) достижения, и методы экспериментальной физики (рентгено-структурный анализ), методы биохимии и математические расчеты.

Современная наука переживает фазу синтеза и наведения мостов между еще недавно весьма далекими друг от друга областями. Учитывая тенденции к объединению идей самых различных отраслей знаний, отмечая аналогии в окружающем нас мире, исходя из способности систем самой различной природы к самоорганизации можно, в общем, рассматривать Вселенную, нашу планету, неживую и живую материю, человека и его воздействие на природу. Это даст возможность прогнозировать будущее планеты и человечества, корректировать его техногенную деятельность.

Последнее десятилетие в естествознании характеризуется интенсивным развитием таких наук, как социобиология, этология, экологическая этика, биополитика.

Социобиология (от социо- и биология) - междисциплинарная наука (научное направление), сформировавшаяся в середине 70-х годов на стыке нескольких научных дисциплин – эволюционной биологии, этологии и социологии. Изучает генетические основы социального поведения животных и человека. Другими словами, социобиология пытается объяснять поведение живых существ набором определенных преимуществ, выработавшихся в ходе эволюции. Эта наука часто рассматривается как ответвление биологии и социологии. В то же время исследовательское поле социобиологии пересекается с изучением эволюционных теорий, зоологией, генетикой, археологией и другими дисциплинами.

Социобиология оказалась одной из самых неоднозначных и противоречивых научных дисциплин второй половины 20 века. Всё началось в 1975 с публикации книги энтомолога Эдварда Уилсона Sociobiology: The New Synthesis. Книга была первой попыткой объяснить такие типы социального поведения животных (в основном, муравьев, так как это была специализации Уилсона) как альтруизм, агрессия и т. п. при помощи эволюционных механизмов. В этой книге лишь последняя глава касалась поведения людей. Позднее Уилсон напишет книгу On Human Nature (социобиология о поведении людей). Эта книга принесёт автору Пулитцеровскую премию.

Этология - полевая дисциплина зоологии, изучающая поведение животных (изначально - людей). Тесно связана с зоологией, эволюционной теорией, физиологией, генетикой, сравнительной психологией, зоопсихологией. Основоположник этологии, лауреат Нобелевской премии Конрад Лоренц, называл этологию «морфологией поведения животного». Термин «этология» взят из греческого языка, слово этос- в греческом языке означает нравы, характер, привычка, обычай .

Этологию можно противопоставить сравнительной психологии , которая также изучает поведение животных, но объясняет его с точки зрения психологии. Сравнительная психология рассматривает изучение поведения в сравнении с психологией человека, этология же рассматривает поведение животных в контексте того, что мы знаем о анатомии и физиологии животного. Кроме того, ранние работы по сравнительной психологии в основном были устремлены на изучение обучения и соответственно тяготели к исследованию поведения в искусственных ситуациях, а ранняя этология изучала поведение в естественных условиях, уделяя внимание описанию инстинктивного поведения.

Экологическая этика - это междисциплинарная комплексная область исследования, сформировавшаяся на стыке экологии и классической этики. Экологическую этику еще иногда называют природоохранной, зеленой, энвайроментальной. Предметом экологической этики является обоснование и разработка этических принципов и правил, регулирующих моральные отношения человека к природе и отдельным ее представителям. Методами экологической этики являются: диалектический метод, системный метод, эволюционный метод, экстраполяция, наблюдение, [эксперимент] и другие общенаучные и частнонаучные теоретические и эмпирические методы, в зависимости от конкретных ситуаций. Экологическая этика мотивирует природоохранные действия в двух направлениях:

Люди действуют или избегают действий из соображений и ради блага самой природы, охраняют природу ради нее самой;

Эти действия совершаются из морального принципа, без каких-либо корыстных интересов человека, а то и ему во вред.

Биополитика – отрасль науки, представляет своего рода "кентавра" с биологическим туловищем и политической головой. На базе биологических данных и концепций и, в особенности, исследований биосоциальных систем на разных уровнях эволюции она стремится подойти к анализу проблем политики. Это направление исторически родилось в недрах американской политологии – науки об управлении государством в самом широком смысле, т.е. науки о политической системе общества. Политологи были озабочены недостаточностью теоретической базы своей науки и, в частности, явно недостаточным вниманием к природе человека как единственного действующего лица на политической арене.

Биополитика - одно из основных научно-философских направлений социобиологии, целью которого является раскрытие и изучение биологических законов, лежащих в основе поведения людей. В настоящей работе под этим термином понимаются политические коллизии и конфликты, связанные с социальным контролем психологических функций человека. То, что XXI век станет «веком биологии» уже никто не сомневается. Достаточно напомнить появившиеся новые термины: «биологизация социальных и гуманитарных наук», «геном человека» (недавно расшифрован учеными), «биоинформатика», «биокультурология», «биотехнология», «биоэтика», а также «биотерроризм». Одним словом, биология за последние годы вносит существенный вклад в разработку сложных концепций культурного и экономического развития человечества. Новые ее достижения, например, генные технологии (клонирование организмов, стволовые клетки), помогают избавиться от многих неизлечимых ранее болезней у человека. Достижения генной инженерии дают возможность решить глобальную для человечества проблему - нехватка продуктов питания. При этом возникают проблемы биоэтики и биополитологии.

Для чего же нужно изучать современное естествознание? Во-первых, культурный, образованный человек должен знать, что такое теория относительности, генетика, социобиология, экология, и другие науки, общие принципы построения и эволюции Вселенной, Земли и всего живого. Во-вторых, это важно потому, что многое в нашей жизни строится в соответствии с научной методологией. Хотя человечеству далеко до совершенной научной организации труда, тем не менее, научные принципы лежат в основе многих видов деятельности, и их нужно уметь использовать. В-третьих, знания, необходимые любому специалисту, так или иначе, связаны и в какой-то степени основаны на научных данных. И, наконец, целью естествознания является подготовка специалистов, или, по крайней мере, людей, которые могли бы отличить шарлатанов от специалистов.

ПРЕДМЕТ И СТРУКТУРА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Термин «естествознание» происходит от соединения слов латинского происхождения «естество», то есть природа, и «знание». Таким образом, дословное толкование термина - знание о природе.

Естествознание в современном понимании – наука, представляющая собой комплекс наук о природе, взятых в их взаимосвязи. При этом под природой понимается все сущее, весь мир в многообразии его форм.

Естествознание - комплекс наук о природе

Естествознание в современном понимании – совокупность наук о природе, взятых в их взаимосвязи.

Однако данное определение не отражает в полной мере сущность естествознания, поскольку природа выступает как единое целое. Это единство не раскрывается ни одной частной наукой, ни всей их суммой. Множество специальных естественнонаучных дисциплин своим содержанием не исчерпывает всего, что мы подразумеваем под природой: природа глубже и богаче всех имеющихся теорий.

Понятие «природа » трактуется по-разному.

В самом широком смысле под природой понимается все сущее, весь мир в многообразии его форм. Природа в этом значении стоит в одном ряду с понятиями материи, Вселенной.

Наиболее употребительно толкование понятия «природа» как совокупности естественных условий существования человеческого общества. В данной трактовке характеризуется место и роль природы в системе исторически меняющихся отношения к ней человека и общества.

В более узком смысле под природой понимают объект науки, а точнее – совокупный объект естествознания.

Современное естествознание развивает новые подходы к пониманию природы как единого целого. Это выражается в представлениях о развитии природы, о различных формах движения материи и разных структурных уровнях организации природы, в расширяющемся представлении о типах причинных связей. Например, с созданием теории относительности существенно видоизменились взгляды на пространственно-временную организацию объектов природы, развитие современной космологии обогащает представления о направлении естественных процессов, прогресс экологии привел к пониманию глубоких принципов целостности природы как единой системы

В настоящее время под естествознанием понимается точное естествознание, то есть такое знание о природе, которое базируется на научном эксперименте, характеризуется развитой теоретической формой и математическим оформлением.

Для развития специальных наук необходимо общее знание природы, комплексное осмысление её объектов и явлений. Для получения таких общих представлений каждая историческая эпоха вырабатывает соответствующую естественнонаучную картину мира.

Структура современного естествознания

Современное естествознание представляет собой раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.

Совокупный объект естествознания – природа.

Предмет естествознания – факты и явления природы, которые воспринимаются нашими органами чувств непосредственно или опосредованно, с помощью приборов.

Задача учёного состоит в том, чтобы выявить эти факты, обобщить их и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы. Например, явление тяготения – конкретный факт, установленный посредством опыта; закон всемирного тяготения – вариант объяснения данного явления. При этом эмпирические факты и обобщения, будучи установленными, сохраняют свое первоначальное значение. Законы могут быть изменены в ходе развития науки. Так, закон всемирного тяготения был скорректирован после создания теории относительности.

Основной принцип естествознания гласит: знания о природе должны допускать эмпирическую проверку . Это означает, что истиной в науке признается то положение, которое подтверждается воспроизводимым опытом. Таким образом, опыт является решающим аргументом принятия той или иной теории.

Современное естествознание представляет собой сложный комплекс наук о природе. Оно включает в себя такие науки как биология, физика, химия, астрономия, география, экология и др.

Естественные науки различаются предметом своего изучения. Например, предметом изучения биологии являются живые организмы, химии - вещества и их превращения. Астрономия изучает небесные тела, география – особую (географическую) оболочку Земли, экология – взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой.

Каждая естественная наука сама является комплексом наук, возникших на разных этапах развития естествознания. Так, в состав биологии входят ботаника, зоология, микробиология, генетика, цитология и др. науки. При этом предметом изучения ботаники являются растения, зоологии – животные, микробиологии – микроорганизмы. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов, цитология – живую клетку.

Химия также подразделяется на ряд более узких наук, например: органическая химия, неорганическая химия, аналитическая химия. К географическим наукам относят геологию, землеведение, геоморфологию, климатологию, физическую географию.

Дифференциация наук привела к выделению еще более мелких областей научного знания.

К примеру, биологическая наука зоология включает в себя орнитологию, энтомологию, герпетологию, этологию, ихтиологию и т.д. Орнитология – наука, изучающая птиц, энтомология – насекомых, герпетология – пресмыкающихся. Этология – наука о поведении животных, ихтиология изучает рыб.

Область химии – органическая химия подразделяется на химию полимеров, нефтехимию и др. науки. В состав неорганической химии входят, например, химия металлов, химия галогенов, координационная химия.

Современная тенденция развития естествознания такова, что одновременно с дифференциацией научного знания идут противоположные процессы – соединение отдельных областей знания, создание синтетических научных дисциплин. При этом важно, что объединение научных дисциплин происходит как внутри различных областей естествознания, так и между ними. Так, в химической науке на стыке органической химии с неорганической и биохимией возникли химия металлоорганических соединений и биоорганическая химия соответственно. Примерами межнаучных синтетических дисциплин в естествознании могут служить такие дисциплины как физическая химия, химическая физика, биохимия, биофизика, физико-химическая биология.

Однако современный этап развития естествознания – интегральное естествознание - характеризуется не столько продолжающимися процессами синтеза двух-трех смежных наук, сколько масштабным объединением разных дисциплин и направлений научных исследований, причем тенденция к масштабной интеграции научного знания неуклонно возрастает.

В естествознании различают науки фундаментальные и прикладные. Фундаментальные науки – физика, химия, астрономия – изучают базисные структуры мира, а прикладные занимаются применением результатов фундаментальных исследований для решения как познавательных, так и социально-практических задач. Например, физика металлов, физика полупроводников являются теоретическими прикладными дисциплинами, а металловедение, полупроводниковая технология – практическими прикладными науками.

Таким образом, познание законов природы и построение на этой основе картины мира – непосредственная, ближайшая цель естествознания. Содействие практическому использованию этих законов – конечная задача.

От общественных и технических наук естествознание отличается по предмету, целям и методологии исследования.

При этом естествознание рассматривается как эталон научной объективности, поскольку эта область знания раскрывает общезначимые истины, принимаемые всеми людьми. К примеру, другой крупный комплекс наук – обществознание – всегда был связан с групповыми ценностями и интересами, имеющимися как у самого ученого, так и в предмете исследования. Поэтому в методологии обществознания наряду с объективными методами исследования приобретает большое значение переживание изучаемого события, субъективное отношение к нему.

Естествознание имеет существенные методологические отличия и от технических наук, обусловленные тем, что целью естествознания является познание природы, а целью технических наук – решение практических вопросов, связанных с преобразованием мира.

Однако провести четкую грань между естественными, общественными и техническими науками на современном уровне их развития нельзя, поскольку имеется целый ряд дисциплин, занимающих промежуточное положение или являющихся комплексными. Так, на стыке естественных и общественных наук находится экономическая география, на стыке естественных и технических – бионика. Комплексной дисциплиной, которая включает и естественные, и общественные, и технические разделы, является социальная экология.

Таким образом, современное естествознание представляет собой обширный развивающийся комплекс наук о природе, характеризующийся одновременно идущими процессами научной дифференциации и создания синтетических дисциплин и ориентированный на интеграцию научных знаний.

Естествознание является основой для формирования научной картины мира.

Под научной картиной мира понимают целостную систему представлений о мире, его общих свойствах и закономерностях, возникающую в результате обобщения основных естественнонаучных теорий.

Научная картина мира находится в постоянном развитии. В ходе научных революций в ней осуществляются качественные преобразования, старая картина мира сменяется новой. Каждая историческая эпоха формирует свою научную картину мира.

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.

В начале ХХ в. прежние научные представления, на которых строилась механистическая картина мира, были оспорены буквально со всех сторон. Твердые и неделимые атомы оказались делимыми и почти полностью заполненными пустотой. Пространство и время превратились в относительные проявления единого четырехмерного континуума. Время теперь текло по-разному для тех, кто двигался с разной скоростью. Вблизи массивных предметов оно замедлялось, а при определенных обстоятельствах могло и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии уже не были обязательными для описания устройства Вселенной. Планеты двигались по своим орбитам не потому, что их притягивала к Солнцу сила всемирного тяготения, а потому, что пространство, в котором они двигались, было искривлено. Элементарные частицы демонстрировали двойственную природу, проявляясь и как частицы, и как волны. Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее скорость. Детерминизм уступил место вероятностному взгляду на мир . Результаты научного исследования попали в зависимость от взаимодействия изучаемого предмета с приборами и инструментами и от наличия наблюдателя. Вместо реальных природных явлений все чаще стали рассматриваться их математические модели. Это привело к усилению математизации современной науки, повышению уровня ее абстрактности, утрате наглядности.

Естествознание в ХХ в. развивалось очень быстрыми темпами. Этому в немалой степени способствовали противостояние двух военно-политических блоков (СССР и США), а также потребность промышленности в новых технологиях, опирающихся в первую очередь на естественнонаучные и тесно с ними связанные технические знания. Образовалась широкая сеть образовательных и научно-исследовательских учреждений, финансируемых государством и частными компаниями. С конца ХIX в. средства, вложенные в научные разработки, начали приносить прибыль, наука стала окупаемой. В течение ХХ столетия было сделано более 90 % научных открытий и изобретений от их общего числа за всю историю развития человечества. К наиболее значимым достижениям и концепциям естествознания в ХХ в. относятся:

· теория относительности, квантовая механика, разработка теории строения вещества, открытие и исследование ядерных реакций и элементарных частиц, изобретение ускорителей частиц и синтез трансурановых элементов, гипотеза о кварках, изобретение лазера, передача электромагнитных сигналов на расстояние (радио, телевидение, радиолокация, волоконно-оптическая и мобильная телефонная связь), открытие полупроводников и изобретение компьютеров, создание теорий физических взаимодействий и квантовой теории поля, открытие сверхпроводимости, термоядерный синтез, развитие атомной энергетики и электроники;

· концепция расширяющейся Вселенной, развитие космической техники и полеты в космос, открытие и исследование звезд и галактик, пульсаров, квазаров, нейтронных звезд, «черных дыр» и других космических объектов;

· исследование внутреннего строения Земли, создание теорий континентального дрейфа и тектоники литосферных плит;

· развитие квантовой химии и учения о химических процессах, изобретение новых синтетических материалов – полимеров, синтетических волокон, искусственных алмазов, фуллеренов, металлокерамики и других элементоорганических соединений; развитие нанотехнологий;

· создание хромосомной теории наследственности и учения о мутациях, открытие структуры ДНК, расшифровка генетического кода, развитие генной инженерии, выделение и синтез белков, ферментов и других биоматериалов, создание генетически однородных копий живых организмов (клонирование), развитие экологии и создание учения о биосфере, концепция ноосферы; разработка моделей устойчивого развития;

· развитие синергетики (исследование сложных развивающихся систем и процессов самоорганизации в них) и др.

В основе современной естественнонаучной картины мира лежат следующие концепции: теория относительности, квантовая механика и квантовая теория поля; новая космология , основанная на модели расширяющейся Вселенной ; эволюционная химия , стремящаяся к овладению опытом живой природы; генетика и молекулярная биология ; кибернетика , воплотившая идеи системного подхода; синергетика , изучающая процессы самоорганизации в сложных открытых системах.

Важным достижением современного естествознания стало развитие биосферного цикла наук, новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала быть случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи. Науки биосферного цикла, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биогеография, экология, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, т.е. происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, реально формирующий этот мир и создавший его в нынешнем виде. Воплощением этих идей стал антропный принцип современной науки, в соответствии с которым наша Вселенная такова, какова она есть, только потому, что в ней есть человек.

Характерными особенностями и методологическими основаниями современного естествознания являются:

· системный подход к изучению окружающего мира, в соответствии с которым мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности;

· диалектический способ мышления , основанный на идее всеобщей связи и развития;

· принцип глобального эволюционизма (все явления рассматриваются как процесс саморазвития и самоорганизации материи во Вселенной);

· анализ, являвшийся основным методом классической науки, уступил место синтезу и интеграции различных видов знания;

· детерминизм (признание существования жестких причинно-следственных связей) сменился вероятностными представлениями ;

· невозможным считается получение абсолютной истины; истина считается относительной , существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности;

· процесс познания более не считается простым зеркальным отражением природы; признается, что человек накладывает свой отпечаток на образ мира и результаты исследования.

С середины ХХ в. наука окончательно слилась с техникой, что привело к современной научно-технической революции , имевшей наряду с положительными и ряд отрицательных последствий. Использование научных открытий для создания новых видов оружия, потребительское отношение к природе привели к состоянию кризиса. Современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические замечания со стороны философов, культурологов и др. По их мнению, техника дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями, отнимая его у природы и превращая в придаток машины. К этой гуманистической критике науки вскоре присоединились более тревожные факты последствий бесконтрольного использования достижений науки и техники – загрязнение воды, воздуха, почвы, вредоносное воздействие на живые организмы, вымирание видов и другие нарушения в экосистеме планеты. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса и должна будет существенно измениться. Эти изменения, очевидно, будут связаны с дальнейшей интеграцией естественнонаучной и гуманитарной составляющих культуры, экологизацией и гуманизацией естествознания.

Глава 3. Концепции физики

Естествознание включает множество наук, но порядок их рассмотрения редко бывает произвольным. Обычно изучение естествознания начинается с физики, исследующей наиболее простые и вместе с тем наиболее общие свойства тел и явлений. История науки свидетельствует, что именно физика очень долгое время была лидером естествознания, наиболее развитой и систематизированной естественной наукой, внесшей наибольший вклад в формирование научной картины мира. Большинство научных революций и потрясений в естествознании были связаны с появлением новых физических открытий и теорий.

· Физика – наука, изучающая строение материи и законы ее движения.

Само слово «физика» происходит от греческого рhэsis – природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Становление физики как самостоятельной науки связывают с работами Галилея и Ньютона (XVII в.), благодаря которым законы физики стали базироваться на фактах, установленных опытным путем, и их математическом осмыслении. Классическая механика Ньютона являлась основой развития естествознания до появления квантовой механики и теории относительности в начале ХХ вв.

Современная физика базируется на точном эксперименте и развитом математическом аппарате. В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения она подразделяется на ряд дисциплин: механику, оптику, термодинамику, электродинамику, квантовую механику, ядерную физику, физику элементарных частиц, физику твердого тела и др. В результате взаимодействия физики с другими естественными науками появились такие междисциплинарные научные направления, как астрофизика, биофизика, геофизика, химическая физика.

Круг явлений и процессов, рассматриваемых в рамках физики, очень широк. Для их описания используются такие фундаментальные понятия, как материя, движение, взаимодействие, пространство, время, энергия. Важнейшим из них является понятие материи. Революции в физике всегда были связаны с изменением представлений о материи.

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.