
- •Введение Тема 1. Понятие науки и культуры (4 часа)
- •1. Наука - компонент культуры
- •2. Структура естественнонаучного познания
- •Тема 2. Исторические этапы развития естествознания
- •Накопление донаучных рациональных знаний о природе в первобытную эпоху
- •Предпосылки становления науки
- •Становление естественнонаучных воззрений в древнегреческой культуре.
- •Античная натурфилософия
- •Естествознание в эпохи Средневековья и Возрождения
- •5. Особенности естествознания XVIII – XIX вв.
- •6. Релятивистская и квантовая революции в физике начала хх столетия
- •Тема 3. Механика (4 часа)
- •Механическое движение, его относительность.
- •Законы динамики Ньютона
- •Силы в природе: упругость, трение, сила тяжести
- •Закон всемирного тяготения
- •Реактивное движение
- •Потенциальная и кинетическая энергия
- •Закон сохранения механической энергии
- •Работа и мощность
- •Механические волны, звук
- •Тема 4. Тепловые явления (4 часа)
- •Атомы и молекул
- •Дискретное (атомно-молекулярное) строение вещества
- •Тепловое движение атомов и молекул, температура
- •Агрегатные состояния вещества с точки зрения
- •Взаимные переходы между агрегатными состояниями
- •Закон сохранения энергии в тепловых процессах
- •Необратимый характер тепловых процессов
- •Тепловые машины, их применение
- •Экологические проблемы, связанные с применением
- •Тема 5. Электромагнитные явления (4 часа)
- •Электрическое поле
- •2. Постоянный и переменный электрический ток
- •3. Магнитное поле тока и действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель.
- •4. Электромагнитные волны. Радиосвязь и телевидение.
- •Свет как электромагнитная волна. Интерференция и дифракция света.
- •Тема 6. Фундаментальные взаимодействия и элементарные частицы (2 часа)
- •Понятие фундаментальных физических взаимодействий
- •Типы фундаментальных физических взаимодействий
- •Мир элементарных частиц
- •4,5. Классификация и характеристики элементарных частиц
Становление естественнонаучных воззрений в древнегреческой культуре.
Греческая наука была умозрительным исследованием (само слово теория в переводе с греческого означает умозрение), мало связанным с практическими задачами. В этом Древняя Греция и не нуждалась, поскольку все тяжелые работы выполняли рабы. Ориентация на практическое использование научных результатов считалась не только излишней, но даже неприличной, и такая наука признавалась низменной.
Античная натурфилософия
Незнание природы – великая неблагодарность.
Одним из выдающихся достижений античной цивилизации стала натурфилософия (философия природы, целостное учение об окружающем мире) – первая историческая форма научного знания.
Древнейшая, известная нам, научная школа, еще являвшая собой смесь математики, астрономии, философии, магии и мифологии была основана в конце VI в. до н.э. мудрецом Пифагором в Кротоне (Италия). Пифагорейский союз просуществовал более 150 лет и дал огромный толчок не только науке, но и политической жизни.
Пифагор (около 540-500 до н.э.) – математик и геометр, философ, целитель.
«Все есть число» - утверждал Пифагор, считая, что мир можно познать с помощью «божественной» математической логики. И не только познать, а даже овладеть тайнами реинкарнации – переселения душ. Несмотря на мистическую оболочку, на счету у Пифагора доказательства положений египетской и вавилонской математики (включая знаменитую теорему), теория пропорций, теория музыкальной гармонии, теория чисел. Важным было заключение, что за качественным разнообразием вещей стоит их количественное единство. В области астрономии пифагорейцы научились различать на небе 5 планет, первыми высказали идеи шарообразности Земли и центрального положения Солнца в нашей планетной системе. После смерти Пифагора его ученики открыли несоизмеримость диагонали и стороны квадрата, равной единице (√2), что повергло их в шок, ибо разрушало ставшую для них привычной теорию числовой гармонии мира.
Объявленное пифагорейцами основой мира Число было нематериальным. Возник извечный спор о приоритете материи либо идеи в мироустройстве. С той поры идет с переменным успехом непримиримая борьба материалистов и идеалистов. В Элладе их философские программы можно условно назвать «атомистической» и «математической». Математические, идеалистические взгляды Пифагора оказали огромное влияние на его последователя – Платона.
Платон (428-348 до н.э.) – выдающийся древнегреческий ученый, считавший, что все компоненты Вселенной упорядочил Бог. Материя была для Платона лишь проекцией мира идей, все чувственные предметы – порождениями определенных идей, их тенями. Что же касается материальных тел, в том числе и живых, то по Платону они сочетают в себе в разных пропорциях четыре компонента: огонь, воду, землю и воздух.
Большое значение Платон придавал математике, с помощью которой можно было приблизиться к пониманию идеального нематериального мира.
Академия, созданная Платоном, просуществовала почти тысячелетие. Среди учеников Платона наибольшую славу приобрел Аристотель.
Аристотель (384-322 до н.э.) – величайший древнегреческий ученый, философ. Его ум позволял ему даже не соглашаться с учителем по многим вопросом, произнося «Платон мне друг, но истина дороже!». В первую очередь это касалось невозможности отрыва идеи от реальной вещи. Мир един – утверждал он. Любая вещь состоит из материи (пассивное начало) и формы (активное начало). Форма форм – Бог, движущее начало мира. Неопределенная хаотичная субстанция – первоматерия – приобретает свойства благодаря простейшим формам-антагонистам – теплому, сухому, холодному и влажному. Парное сочетание этих форм дает четыре стихии-первоэлемента – огонь (Т+С), воздух (Т+В), воду (Х+В) и землю (Х+С).
В «надлунном» космическом мире властвует пятая, неизменная и непревращаемая стихия – эфир (ибо «природа не терпит пустоты», что противоречило атомистической модели). Заложил Аристотель и начала механики, а так же придумал первую в истории систематику животных, исследуя их анатомию и морфологию.
Теофраст (372-287 до н.э.) – ученик Аристотеля. Главной его заслугой была систематизация в 18 томах всей античной философии от Фалеса до Платона. Кроме того, он и сам создал ряд трудов по биологии, минералогии, физике, психологии, философии. Наиболее значительны его ботанические работы, в которых он классифицировал и систематизировал известный ему растительный мир по морфологическим, географическим и медицинским свойствам. Теофраст вместе с Аристотелем могут считаться одними из первых ученых-ботаников.
Теперь рассмотрим атомистическую программу.
Подавляющее большинство античных стихийных материалистов придерживались гилозоизма (от «гиле» – материя и «зое» – жизнь) – то есть, всей материи присуща способность к ощущению, восприятию.
Фалес (624-546 до н.э.) – древнегреческий философ, математик, астроном, физик, путешественник и купец, один из Семи мудрецов Греции. Сформулировал понятие субстанции или стихии, как основы материального мира. Считал первородной стихией воду, из которой получаются все остальные. Первым начал исследовать электрические явления (он обнаружил, что камень янтарь – «электрон» по-гречески – в результате трения приобретает свойства притягивать легкие тела, а так же изучал свойства магнита). Его мировоззрение сформировались в результате знакомства со знаниями жрецов Египта. Именно благодаря этим знаниям он смог предсказать солнечное затмение 28 мая 585 г. до н.э., умел измерять расстояния до недоступных предметов. Основал в Милете философскую школу. Среди непосредственных учеников Фалеса Милетского наиболее известны Анаксимандр и Анаксимен.
Анаксимандр (около 610-546 до н.э.) был автором философского сочинения «О природе». Первовеществом он считал уже не воду, а «апейрон», породивший воздух и воду. Предками человека считал рыб, что подразумевало эволюцию.
Анаксимен (около 588-525 до н.э.) – древнегреческий философ. Первоначальной стихией называл воздух, являвшийся по его представлениям источником не только всех остальных стихий (разреженный воздух по Анаксимену – огонь и небесные светила, сгустившийся – вода и даже земля), жизни, но и психических, духовных явлений.
Гераклит (554-483 до н.э.), в отличие от предшественников, основой всего сущего считал стихию огня – природа изменчива так же, как изменчив и непостоянен огонь. Гераклит утверждал, что мир существует извечно, не будучи созданным богами или людьми. Его основу составляет умирающий (становящийся водой и землей) и возрождающийся (в виде покидающего воду огненного смерча) огонь. Таким образом, огонь объединяет Вселенную и вечно перетекает из одной формы в другую. Развитие извечно существующего мира, согласно Гераклиту, является результатом непрерывной борьбы противоположных начал. Таким образом, Гераклит обогатил античное научное знание следующими идеями:
- единство и вечность Вселенной;
- закономерность явлений;
- вечное движение;
- единство жизни природы и жизни духа.
Эмпедокл (493-433 до н.э.) – развил учение Гераклита о единстве и борьбе противоположностей. Все многообразие мира он считал порождением взаимодействия через любовь и вражду четырех стихий: огня, эфира (воздуха), воды и земли. Важной следует считать и догадку Эмпедокла об эволюции живых существ – отдельно возникшие органы случайно соединяются и выживают существа наиболее гармонично сложившиеся. Эмпедокл так же интересовался медициной, был активным политиком.
Анаксагор (500-428 до н.э.) не только ученым, но и видный государственный деятель. Представлял движущей силой Вселенной ум – некую тончайшую материальную субстанцию. Каждая из частиц материи могла делиться до бесконечности. Это был первый шаг к знанию о структурной организованности мира и атомистическим представлениям, развитых в виде атомистического материализма Левкиппом и Демокритом.
Левкипп (около 500-440 до н.э.) – ученик Зенона Элейского, выдвинул идею атомного строения материи. Некоторые считают, что труды писались им в соавторстве с учеником – Демокритом из Абдер во Фракии.
Демокрит (460-370 гг. до н.э.) считал, что в основе материального мира лежат мельчайшие неделимые, подвижные, различные по форме (но строго геометрически совершенные) частицы – атомы. Благодаря их разнообразию и сложным сочетаниям достигается все многообразие мира. Вторым первоначалом мира считалась пустота.
Эпикур (около 341-271 до н.э.) – автор трактата «О природе», в 306 г. до н.э. основал в Афинах не уступавшую Академии Платона философскую школу «Сад Эпикура», где обучал своей системе философии. В качестве учеников допускались женщины и даже рабы. Философию Эпикур подразделял на три направления – физику, изучавшую природу, канонику, занимавшуюся законами познания, и этику, связанную с поведением, взаимоотношениями людей и поиском смысла жизни и счастья. Знание законов природы, по его мнению, освобождает от суеверий, страха смерти и всякого рода религий.
Тит Лукреций Кар (96-55 до н.э.) – римский поэт и философ, написал поэму «О природе вещей», в которой он пропагандировал и развивал идеи Демокрита и Эпикура. Лукреций выделил несколько эпох становления человечества, впоследствии названных каменным, бронзовым и железным веками. Красочно описаны в поэме и разнообразные природные явления, и их причины. Основные же естественнонаучные положения его произведения таковы:
в мире нет ничего, кроме пустоты и извечной движущейся материи, состоящей из неделимых, различных по форме атомов;
Вселенная бесконечна и состоит из бесконечного множества возникающих, развивающихся и гибнущих миров;
жизнь существует как на Земле, так и в других мирах;
«из ничего не творится ничто по божественной воле»;
живые существа не сотворены, а возникли естественным путем, через стадии уродливых превращений вплоть до жизнестойкой формы.
Вернемся из Древнего Рима в конец IV в. до н.э., к концу эпохи Александра Македонского, создавшего за двенадцать лет невиданную по масштабам империю, ознаменовавшую начало эпохи эллинизма. Развивались торговля, экономика, культура и наука. В дельте Нила был заложен первый в истории мегаполис – город Александрия (к 1 в. до н.э. его население достигло миллиона человек) с храмом муз – Музеем, включавшим обсерваторию, зоологический и ботанический сады, помещения для работы ученых всего мира и библиотеку в 700.000 папирусных свитков. Музей Александрии был прообразом современных академических научных учреждений и академгородков. Александрия прославлена именами множества выдающихся ученых.
Евклид (около 300 до н.э.) – стоял у истоков Александрийской математической школы. Тринадцатитомный труд «Начала» излагал все математические достижения, включая теорию чисел, геометрию на плоскости, стереометрию. «Начала» лежат даже в основе современного школьного курса геометрии.
Эратосфен (276-194 до н.э.) – ученый-энциклопедист, проявил себя в математике, географии, истории, филологии, музыке, философии и астрономии. Первым измерил длину меридиана.
Архимед (287-212 до н.э.) – этот великий ученый, советник царя Гиерона II. Вычислил значение числа π (отношение длины окружности к диаметру), открыл, что сфера занимает 2/3 объема цилиндра того же диаметра, открыл несколько фундаментальных законов геометрии, механики, изобрел архимедов винт, архимедово колесо (для подъема воды), катапульту. Его знание законов рычага позволило ему говорить: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю!» - иначе говоря, большие массы можно было двигать малой силой.
Знаменитый выкрик Архимеда «Эврика!» (Нашел!) связано с открытием способа измерения объема сложных тел, сделанным в ванной (Гиерон поставил Архимеду задачу определить, из чистого ли золота сделана его новая корона).
Клавдий Птолемей (83-161 н.э.) – александрийский географ, математик, музыкант и астроном. Известны его труды «География» и «Альмагест», обосновывавшие сложную геоцентрическую систему мира. Согласно последней, светила движутся по эпициклам, а центры эпициклов – уже по окружности-дифференту вокруг неподвижной Земли. Несмотря на ошибочность, теория Птолемея позволяла весьма точно вычислять движения Солнца, Луны и планет.
В эллинистическую эпоху развивались не только математика и механика. Значительные шаги сделали биология и медицина.
Гиппократ (460-356 до н.э.) – ученый-врач.
Он первым выделил медицину из натурфилософии в качестве самостоятельной науки, считая жизнь процессом взаимодействия четырех жидкостей тела – крови, слизи, и черной и белой желчи. «Лечить надо не болезнь, а больного» - говорил первый медик, имея в виду, что все назначения должны быть индивидуальны для каждого человека.
Клавдий Гален (129-199 н.э.) – написал свыше 250 работ. Главным объектом его исследований была «запретная тема» (вскрывать трупы было запрещено под страхом смерти) – анатомия человека и животных. Созданная Галеном терминология используется до сих пор, велико значение познаний о функциях спинного мозга, верно оцененное лишь в XIX в.
Плиний Старший (23-79 н.э.). Из обширного наследия этого римского администратора и писателя-энциклопедиста, до нас дошла его «Естественная история» в 37 томах, собравшая более 20000 фактов и основанная на собственных наблюдениях, рассказах и данных 400 других авторов.
В первых веках новой эры античная наука стала постепенно приходить в упадок, не будучи востребованной утратившей передовые позиции, дряхлеющей рабовладельческой системой. Сменялись вехи истории. Начиналась эпоха Средневековья.