- •1.1 Наука – часть общечеловеческой культуры
- •1.1.1 Наука. Гуманитарное и естественнонаучное знание
- •1.1.2 Характерные черты современной науки. Элементы научной деятельности
- •1.1.3 Научный метод. Этапы получения научного знания
- •Контрольные вопросы
- •1.2 Развитие естествознания и технологий
- •1.2.1 Научные революции
- •1.2.2 Основные черты современной научной картины мира
- •1.2.3 Тенденции и темпы развития естествознания
- •1.2.4 Естествознание и технологии
- •Контрольные вопросы
- •2.1 Механическое движение
- •2.1.1 Механическое движение и его виды
- •2.1.2 Кинематические характеристики механического движения
- •2.1.3 Динамика поступательного движения
- •2.1.4 Динамика вращательного движения
- •Основное уравнение динамики вращательного движения
- •Контрольные вопросы
- •2.2 Концепции пространства и времени
- •2.2.1 Структурные уровни организации материи
- •Современное естествознание выделяет три структурных уровня организации материи по критерию масштабности: микромир, макромир и мегамир.
- •2.2.2 Основные свойства пространства и времени
- •2.2.3 Элементы специальной теории относительности
- •2.2.4 Силы инерции и силы тяготения. Принцип эквивалентности
- •2.2.5 Элементы общей теории относительности и их экспериментальное подтверждение
- •Контрольные вопросы
- •Какие структурные уровни материи по критерию масштабности выделяет современная наука? Кратко охарактеризуйте микро-, макро- и мегамиры.
- •2.3 Принципы симметрии и законы сохранения
- •2.3.1 Понятие симметрии. Теорема Нетер
- •2.3.2 Закон сохранения импульса
- •2.3.3 Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •2.3.4 Работа, мощность, энергия
- •2.3.5 Закон сохранения энергии
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Молекулярная физика и термодинамика
- •2.4.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •2.4.2 Агрегатные состояния вещества. Идеальные газы
- •2.4.3 Внутренняя энергия тела и идеального газа
- •2.4.4 Основы равновесной термодинамики
- •2.4.5 Тепловые двигатели и их кпд. Проблема вечного двигателя
- •2.4.6 Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики
- •2.4.7 Третье начало термодинамики
- •Контрольные вопросы
- •2.5 Элементы синергетики
- •2.5.1 Понятие о самоорганизации
- •2.5.2 Изменение энтропии в открытых системах
- •2.5.3 Стационарные неравновесные состояния. Принцип Ле Шателье
- •2.5.5 Примеры самоорганизации в природе.
- •2.5.6 Переход от ламинарного течения к турбулентному течению. Динамический хаос
- •Контрольные вопросы
- •Сформулируйте расширенный вариант второго закона термодинамики для открытых систем.
- •Физические поля. Электромагнитные явления
- •2.6.2 Гравитационное поле
- •2.6.3 Электростатическое поле и его характеристики
- •2.6.4 Магнитное поле
- •2.6.5 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Ферромагнетики и их применение
- •Контрольные вопросы
- •2.7 Колебания и волны. Оптические процессы
- •2.7.1 Гармонические колебания
- •2.7.2 Волны. Упругие волны
- •2.7.3 Электромагнитные волны
- •2.7.4 Волновые свойства электромагнитного излучения к явлениям, подтверждающим волновые свойства электромагнитного излучения, относятся интерференция, дифракция и поляризация. Интерференция света
- •2.7.5 Квантовая природа электромагнитного излучения
- •Тепловое излучение
- •Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения :
- •Контрольные вопросы
- •2.8 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •2.8.1 Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения
- •2.8.2 Гипотеза де Бройля. Волны материи
- •2.8.3 Корпускулярно-волновой дуализм – универсальное свойство материи
- •2.8.4 Соотношение неопределенностей
- •2.8.5 Вероятностное описание микрообъектов
- •Контрольные вопросы
- •2.9 Строение атома и атомного ядра
- •2.9.1 Развитие представлений о строении атома
- •2.9.2 Современные представления о строении атома
- •2.9.3 Строение атомного ядра
- •2.9.4 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
- •2.9.5 Основные типы физических взаимодействий в природе
- •Элементарные частицы и их классификация. Понятие о кварках
- •Контрольные вопросы
- •3.1 Элементы современной химии
- •3.1.1 Классификация химических веществ
- •3.1.2 Типы химических связей
- •3.1.3 Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •3.1.4 Растворы
- •Контрольные вопросы
- •4.1.Элементы современной биологии
- •4.1.1 Структурные уровни организации живой материи
- •4.1.3 Процессы обмена веществ. Гомеостаз
- •4.1.4 Биологически активные молекулы
- •4.1.5 Биохимические процессы
- •5.1 Естественнонаучные проблемы энергетики
- •5.1.1 Энергетические потребности человечества и природные энергоресурсы
- •5.1.2 Преобразование энергии и эффективность энергосистем
- •5.1.3 Повышение эффективности энергосистем
- •5.1.4 Альтернативные источники энергии
- •Использование энергии ветра и геотермальных источников
- •5.1.5 Понятие о ядерной энергетике
- •Контрольные вопросы
- •5.2 Традиционные и новые материалы
- •5.2.1 Традиционные материалы с новыми свойствами
- •5.2.2 Полимерные материалы
- •5.2.3 Синтетические ткани
- •5.2.4 Сохранение и замена материалов
- •5.2.5 Полупроводники
- •5.2.6 Высокотемпературные сверхпроводники
- •5.2.7 Тонкопленочные материалы для накопителей информации
- •5.2.8 Оптические материалы
- •5.2.9 Материалы с необычными свойствами
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Перспективные технологии
- •5.3.1 Технологии хранения и передачи информации
- •5.3.2 Микро- и нанотехнологии
- •5.3.3 Лазерные технологии
- •Спонтанное и вынужденное излучение
- •Свойства лазерного излучения
- •5.3.4 Современные биотехнологии. Генная инженерия
- •5.3.5 Естественнонаучные проблемы сохранения окружающей среды
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а (справочное) Перечень ключевых слов
1.1.3 Научный метод. Этапы получения научного знания
В основе познания действительности лежит творческий процесс, который, несмотря на индивидуальные особенности ученого и особенности объекта исследований, подчиняется определенным правилам. Эти правила сформулировала методология – особое учение, возникшее в процессе развития науки. Методология изучает способы получения новых знаний, анализирует и сравнивает их эффективность.
Метод (греч. – буквально “путь к чему-либо”) – в самом общем значении способ достижения цели, определенным образом упорядоченная деятельность.
Научный метод представляет собой процедуру получения научного знания, которая позволяет его получить, воспроизвести, проверить и передать другим.
Опыт показывает, что конкретные, специальные приемы в различных науках могут различаться, но общий подход к познанию, метод исследования остается тем же самым. В этом смысле частные приемы различных наук можно охарактеризовать как тактику исследования, а общие принципы и методы познания как его стратегию. Существование общих принципов познания в естественных и гуманитарных науках свидетельствует как о взаимосвязи этих наук, так и о единстве окружающего нас мира (природы и общества).
Наука начинается с проблем. Проблемы возникают либо как следствие противоречия в отдельной теории, либо при столкновении разных теорий, либо как результат столкновения теории с наблюдением или экспериментом. При поиске научной истины ученые проходят несколько этапов:
1 Постановка проблемы на основе наблюдаемых фактов.
2 Формулирование одной или нескольких гипотез, основанных на уже известных фактах и некоторых допущениях.
3 Предсказание следствий из каждой гипотезы.
4 Проведение экспериментов с целью проверки правильности предсказанных следствий.
5 Формулировка заключения, в котором согласовываются гипотеза, логические следствия из нее и результаты проведенных экспериментов. Гипотеза становится теорией, если эти три фактора согласуются между собой. При наличии несоответствия гипотеза должна быть пересмотрена или совсем отвергнута.
Решающим звеном в научном исследовании является экспериментальная проверка высказанных гипотез. Истинно научные теории отличаются от лженаучных в первую очередь отсутствием опытного подтверждения последних.
Методы научного познания принято подразделять по степени их общности и широте применимости в процессе научных исследований на всеобщие, общенаучные и специальные (частнонаучные).
Всеобщие методы научного познания – диалектический и метафизический. Метафизический метод познания рассматривает объекты и явления как законченные и неизменные, независимые друг от друга, лишенные внутренних противоречий. Диалектический метод предполагает изучение объектов и явлений со всем богатством их взаимосвязей и в постоянном развитии. Современная наука отвергает метафизические представления о нашем мире, однако необходимо отметить, что диалектические идеи всеобщей взаимосвязи и развития не могли утвердиться до того, как был пройден сложный путь изучения отдельных объектов.
Общенаучные методы научного познания: наблюдение, эксперимент, аналогия, моделирование, анализ, синтез, индукция, дедукция.
Наблюдение – целенаправленный процесс восприятия предметов действительности. Наблюдение применяется там, где невозможен или очень затруднен эксперимент (например, астрономия, гидрология, вулканология), либо при изучении естественного функционирования или поведения объекта (например, социальная психология). Наблюдение как метод предполагает наличие программы исследования, формирующейся на базе прошлых убеждений, установленных фактов и принятых концепций. Частными случаями наблюдения являются измерение и сравнение.
Эксперимент – метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Эксперимент отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, т.е. активностью субъекта по отношению к предмету исследования. Развитие естествознания выдвигает проблему чистоты наблюдения и эксперимента. Наблюдение и эксперимент подчас нуждаются в очень сложных инструментах и приборах, которые сами могут оказывать влияние на изучаемый объект. Прежде всего, это относится к исследованиям микромира. Важную роль в развитии естествознания играют мысленные эксперименты, проводящиеся в случаях, когда невозможно поставить реальный эксперимент. Примерами мысленных экспериментов могут служить мысленные эксперименты Эйнштейна по проверке выводов СТО, мысленные эксперименты с демоном Максвелла и многие другие.
Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при изучении одного объекта, на другой. Метод аналогии основывается на сходстве объектов по определенному ряду признаков.
Моделирование – метод научного познания, основанный на изучении объектов посредством их моделей. Сущность этого метода заключается в замещении объекта исследования моделью, отображающей какие-либо стороны прототипа. В современной науке используют несколько видов моделирования: предметное, математическое, мысленное, компьютерное.
Анализ – процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части. Переход от изучения целого к изучению его частей осуществляется путем абстрагирования от связи частей друг с другом.
Синтез – процедура соединения различных элементов объекта в единое целое. В синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта.
Индукция – метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента. Непосредственной основой индуктивного умозаключения является повторяемость признаков в ряду предметов определенного класса. На основании наблюдения достаточно широкого множества единичных фактов делается вывод об общих свойствах всех предметов, относящихся к данному классу.
Дедукция – метод научного познания, заключающийся в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам – следствиям.
Частнонаучные (специальные) методы – методы, используемые только в рамках конкретной науки (спектральный анализ, хроматография, метод кольцевания птиц и др.)
В ходе развития науки методы могут переходить из более низкой категории в более высокую. Так, эволюционный подход из биологии распространился сначала на весь цикл наук о Земле, о Вселенной, а в настоящее время уже сформулирован принцип универсального эволюционизма, охватывающий все сферы бытия.
В природе существуют объективные закономерности – устойчивые, повторяющиеся связи между предметами и явлениями. Законы – отражение этих закономерностей в нашем сознании; часто законы формулируются в виде количественных соотношений между определенными величинами. Принято различать законы по степени их общности: менее общие (касающиеся ограниченной области знания, например, закон естественного отбора); более общие (распространены в нескольких смежных областях); всеобщие (фундаментальные законы бытия, например, принцип универсального эволюционизма).
