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».

Синергетика раскрывает внутренний взаимосвязь порядка и хаоса. До возникновении синергетики думали, что хаос есть хаос, он никак не может превратиться в порядок. 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.

2. Второй признак, характеризующий современное естествознание - закрепление теории цельности, осознание необходимости всестороннего глобального взгляда на мир.

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

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.

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.

4. Современное естествознание характеризуется изменением характера объекта исследования и усилением роли комплексного подхода в его изучении.

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 деятель¬ности;

ж) в этих системах существует способность принимать во внимание опыт прошлого;

з) структура этих систем подвижна и изменчива.

5. Еще одна из отличительных особенностей современного естествознания – широкое применение во всех его областях философии и ее методов.

Философия своими научно-теоретическими их практико-содер¬жатель¬ными 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 Еще в свое время видный немецкий физик В.Хейзенберг отмечал, что мы не можем ограничить методы нашего мышления только философией. 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.

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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

Приоритетное направление развития естествознания в России в область нанотехнологий.

Сегодня для большинства людей «нанотехнологии» – это такая же абстракция, как и ядерные технологии в 30-е гг. прошлого века. Однако нанотехнологии уже становятся ключевым направлением развития современной промышленности и науки. На их основе, в долгосрочной перспективе, мы в состоянии обеспечить повышение качества жизни наших людей, национальную безопасность и поддержание высоких темпов экономического роста. Оценки ученых говорят о том, что изделия с применением нанотехнологий войдут в жизнь каждого – без преувеличения – человека, позволят сэкономить невозобновляемые природные ресурсы.

№9. Натурфилософия и возникновение античной науки

Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия (от лат. natura — природа), или философия природы. Последняя характеризовалась чисто умозрительным истолкованием природного мира, рассматриваемого в его целостности. Считалось, что философии — в ее натурфилософской форме — отведена роль «науки наук», «царицы наук», ибо она является вместилищем всех человеческих знаний об окружающем мире, а естественные науки являются лишь ее составными частями.

Натурфилософское понимание природы содержало много вымышленного, фантастического, далекого от действительного понимания мира. Появление натурфилософии в интеллектуальной истории человечества и очень длительное ее существование объясняется рядом неизбежных обстоятельств.

1. Когда естественнонаучного знания (в его нынешнем понимании) еще практически не существовало, попытки целостного охвата, объяснения окружающей действительности были единственным и оправданным способом человеческого познания мира.

2. Вплоть до XIX столетия естествознание было слабо дифференцировано, отсутствовали многие его отрасли. Еще в XVIII веке в качестве сформировавшихся, самостоятельных наук существовали лишь механика, математика, астро¬номия и физика. Химия, биология, геология находились лишь в процессе становления. В такой ситуации натурфилософия, строя общую картину природы, стремилась заменить собой отсутствующие естественные науки.

3. Отрывочному знанию об объектах, явлениях природы, которое давало тогдашнее естествознание, натурфилософия противопоставляла свои умозрительные представления о мире. В этих представлениях не известные еще науке причины, и действительные (но пока непознанные) связи явле¬ний заменялись вымышленными, фантастическими причи¬нами и связями. Для истолкования непонятных явлений натурфилософы обычно придумывали какую-нибудь силу (например, жизненную силу) или какое-нибудь мифическое вещество (флогистон, электрическая жидкость, эфир и т. п.). Разумеется, действительные пробелы в естественно¬научном знании восполнялись при этом лишь в воображе¬нии. Это было вынужденное положение, которое, однако, не могло продолжаться бесконечно.

Когда в XIX веке естествознание достигло достаточно высокого уровня развития и был накоплен и систематизиро¬ван большой фактический материал, т. е. когда были позна¬ны действительные причины явлений, раскрыты их реаль¬ные связи между собой, существование натурфилософии потеряло всякое историческое оправдание. А в связи с этим понимание философии как «науки наук» также прекратило свое существование. Вместе с уходом с исторической арены старой натурфилософии сама философия, так же, как и различные отрасли естествознания, наконец-то обрела свой предмет. Однако тесная двусторонняя связь между философией и естествознанием сохраняется по сей день.

Впервые наука в истории человечества возникает в Древней Греции в VI веке до н. э. Под наукой понимается не просто совокупность каких-то отрывочных, разрозненных сведений, а определенная система знаний, являющаяся результатом деятельности особой группы людей по получению новых знаний. В отличие от ряда древних цивилизаций (Египта, Вавилона, Ассирии) именно в культуре Древней Греции обнаруживаются указанные характеристики науки.

Большой заслугой знаменитого древнегреческого ученого и философа Аристотеля было стремление к собиранию и систематизации знаний, накопленных в древнем мире. Исходя из своих представлений об отраслях научного знания, он впервые попытался дать классификацию наук. Аристо¬тель разделил науки на три основных группы. Первая груп¬па — это науки «умозрительные», т.е. те, которые познают свой предмет с помощью одного только разума. К ним отно¬сятся: «первая философия» (учение о божественном), физи¬ка (наука о природе) и математика. Следующая группа на¬ук — «практические»: политика, этика, экономика. Третья группа — науки «творческие», куда включаются все ремес¬ленные искусства (врачевание, строительство и т.п.). Пер¬вую группу составляют высшие науки, постигающие самое главное в мире, первые причины бытия.

Древнегреческие мыслители были, как правило, одновре¬менно и философами, и учеными. Господство натурфилосо¬фии обусловило такие особенности древнегреческой науки, как абстрактность и отвлеченность от конкретных фактов. Каждый ученый стремился представить все мироздание в целом, нимало не беспокоясь об отсутствии достаточного фактического материала о явлениях природы. Вместе с тем, достижения античных мыслителей в математике и механи¬ке навечно вошли в историю науки.

№ 10. Схоластика, особенности научных знаний и ненаучные знания периода средневековья.

Схоластика— систематическая европейская средневековая философия, сконцентрированная вокруг университетов и представляющая собой синтез христианского богословия и логики Аристотеля. В повседневном общении схоластикой часто называют представления, оторванные от жизни, основывающиеся на отвлечённых рассуждениях, не проверяемых опытом.

По общему своему характеру схоластика представляет религиозную философию не в смысле свободной спекуляции в области вопросов религиозно-нравственного характера, а в смысле применения философских понятий и приёмов мышления к христиански-церковному вероучению. Для схоластики содержание веры заключалось в установленных отцами догматах и философия применялась преимущественно к уяснению, обоснованию и систематизации последних.

Схоластическое воззрение на науку

Содержание христианской веры неизменно, тогда как акт веры и способы восприятия её содержания изменяются согласно разнообразию верующих. Писание называет содержание веры субстанцией, и это определение оказалось плодотворным для схоластического учения о науке.

"Субстанция означает первое начало всякой вещи, первые недоказуемые начала образуют субстанцию науки, потому что они самый первый элемент этой науки, и в них потенциально содержится вся наука. В этом смысле и вера означает субстанцию».

Сходство между наукой и верой заключается, таким образом, в органической структуре обеих, в росте их обеих из зародышей мысли. Познаваемое и познающий дух взаимно подчинены друг другу. Своё осуществление наука получает, если дух уподобляется содержанию знания или если на последнем запечатлевается печать духа. Последнее основание такого согласия мышления и мыслимого схоластики видят в идеях, находящихся в уме Божием: идеи в Боге— последнее основание всего познаваемого, высший взгляд на основные виды наук даётся в солнечном свете божественной истины.

Другой вывод о науке заключается в том, что наука хотя направляется на общее, но предметом своим имеет не общие понятия сами по себе, а вещи, которые мыслятся при их посредстве: только логика составляет здесь исключение. Впрочем, это можно сказать только о том направлении средневековой мысли, которое называется реализмом: схоластический реализм именно понимает общее как реально сущее в вещах.

Есть множество наук, так как существует множество вещей, могущих быть их предметом. Не только знанию отдельного как условию частных поступков, но также и науке как целому схоластики придавали нравственное значение и тем думали дать ответ на вопрос, почему наука должна быть. Руководящую нить давала здесь прежде всего идея мудрости: знающий должен сделаться мудрым. Знающий идёт снизу вверх; он касается только многого и условного. Мудрец, обладающий высшими принципами, идёт сверху вниз, обнимая все цельным взглядом с точки зрения безусловного. Специфическим объектом науки служат человеческие вещи, объектом мудрости— вещи божественные.

Наука довольствуется тем, чтобы твёрдо поставить свой предмет. Интеллект ищет достигаемого в разумения вещей ради этого разумения самого по себе. Цель первого— истина; цель последнего— благо.

Как есть двойной свет познания, естественный и сверхъестественный, так есть и двойной вид интеллекта— наука и мудрость. Первое состояние есть добродетель и достигается самодеятельностью, второе— богодарованное состояние благодати. Мудрость как добродетель ведёт к правильному разумению божественных вещей, мудрость как дар Св. Духа даёт высшее доступное нам понимание вещей. Знание, которое имеет наука, было бы неполно без возвышения к божественным вещам, но оно не было бы полно также и без соприкосновения с деятельной жизнью. Система наук имеет иерархический строй; высшее определяет и освещает низшее, члены суть вместе и ступени.

Существует свет внешний и свет низший; более чистый свет приходит к нам изнутри, свет внутренний, в котором мы через разум видим истину вещей; это— свет науки в тесном смысле, свет философского познания. Но выше света разума— истина спасения; над внутренним светом стоит высший свет, свет благодати и Священного Писания, просвещающий созерцанием спасительной истины.

Философия естественная расчленяется на физику, которая рассматривает вещи в их происхождении и уничтожении, математику, которая исследует абстрактные формы, и метафизику, которая рассматривает сущее в себе и сводит его к Богу, как его Виновнику, конечной Цели и Первообразу. Философия нравственная трактует об истине жизни или о правильности воли.

Таким образом, с этой точки зрения просвещение души божественною мудростью Писания есть не только завершение познания, но вместе с тем первообраз всех ступеней познания. В силу обитания высшего в низшем происходит то, что Свящ. Писание заимствует свои выражения из всех областей познания, ибо во всех присутствует Бог.

№ 11. Естествознание эпохи возрождения и нового времени.

Естествознание эпохи возрождения

Эпоха европейского Возрождения охватывает в основном период XV-XVI веков. Важной чертой эпохи Возрождения явился переход к новому мышлению, основным содержанием которого стал гуманизм. Гуманисты выступали за создание нового уклада жизни, за возврат к духовным ценностям античного мира. В эпоху Возрождения блестящее развитие получает литература и изобразительное искусство – живопись, скульптура. С этой эпохой связаны великие имена Леонардо да Винчи (1452- 1519), Уильяма Шекспира (1564-1616) и многих других выдающихся деятелей культуры. Искусство проникло во все сферы человеческой деятельности. Огромное влияние оказало искусство и на развитие науки. Если в античном мире наука была философична, созерцательна, то в эпоху Возрождения она становится активной, творческой.

Леонардо да Винчи— итальянский художник(живописец, скульптор, архитектор) и ученый (анатом, естествоиспытатель), изобретатель, писатель, один из крупнейших представителей искусства Высокого Возрождения. Леонардо да Винчи занимался изучением законов сопротивления материалов, законов трения, определением центров тяжести тел, объяснением пепельного света Луны, изучением растений. Леонардо был одним из первых ученых, сделавших зарисовки частей тела человека в сечении и давших индивидуальные названия этих частей. Он уделял особое внимание человеческому глазу и описал то, что сейчас известно как основные принципы оптики. Леонардо да Винчи отметил, что изображение перевернуто на сетчатке человеческого глаза и высказал мнение о свойстве преломления света.

Николай Кузанский - В сочинении «Об ученом незнании» (1440 г.) высказывается идея взаимосвязи всех природных явлений, идея совпадения противоположностей, учение о бесконечной Вселенной и о человеке как микрокосме. Вселенная едина, в ней совпадают противоположности, она пребывает во всех вещах, она – максимум, но не абсолютный. Проблема происхождения мира решается как ограничение абсолютного максимума «благодаря посредничеству единой Вселенной, а не как творение мира из ничего». Кузанский заявляет, что единое и бесконечное – одно и то же, что у максимума нет никакой противоположности, так как минимум с ним совпадает. Противоположности существуют только по отношению к конечным вещам, а максимум бесконечен и потому для него нет противоположного. Вселенная конечна, Богу же приписывается атрибут бесконечности. Кузанский считает, что Земля, как и любое другое небесное тело, не находится в центре мира. Более того, она не неподвижна, а движется, как и остальные светила.

Николай Коперник - создатель гелиоцентрической системы мира. Коперник выдвигает семь постулатов:

1. Не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер.

2. Центр Земли не является центром мира, но только центром тяготения и центром лунной орбиты.

3. Все сферы движутся вокруг Солнца, расположенного как бы в середине всего, так что около Солнца находится центр мира.

4. Отношение, которое расстояние между Солнцем и Землей имеет к высоте небесной тверди, меньше отношения радиуса Земли к ее расстоянию от Солнца, так что по сравнению с высотой тверди оно будет даже неощутимым.

5. Все движения, замечающиеся у небесной тверди, принадлежат не ей самой, но Земле. Именно Земля с ближайшими к ней стихиями вся вращается в суточном движении вокруг неиз-менных своих полюсов, причем твердь и самое высшее небо остаются все время неподвижными.

6. Все замечаемые нами у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений.

7. Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле. Таким об-разом, одно это ее движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей.

Джордано Бруно - Вселенная Бруно бесконечна, беспредельна, так как бесконечное для него совершеннее конечного. Понятие бесконечной Вселенной несовместимо с положениями аристотелевской космологии. Прежде всего Бруно выступает против тезиса Аристотеля о том, что вне мира нет ничего. Конечный мир – это, по Бруно, конечное благо, а бесконечное число миров – благо бесконечное.

Естествознание нового времени

Эпоха получившая название «Нового времени», охватывает три столетия – XVII, XVIII и XIX века. В этом периоде основную роль сыграл XVII век – век рождения современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей и Ньютон.

Галилео Галилей - заложил основы нового механического естествознания. До него в науке движение понимали по принципу, заложенному Аристотелем: тело движется только при наличии внешнего воздействия на него, и если оно прекращается, то прекращается и движение. Галилей показал, что это ошибочный принцип, и сформулировал совершенно иной принцип инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какое-либо внешнее воздействие. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы, а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей внес вклад в разработку учения о сопротивлении материалов. Он выработал условие дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени.

Научная революция XVII века завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каким был Исаак Ньютон (1643–1727 гг.) – создатель дифференцированного и интегрального исчисления, произвел астрономические наблюдения, внес большой вклад в развитие оптики, но самым главным научным достижением Ньютона было завершение дела Галилея по созданию классической механики. В науке началось господство механических представлений о мире. Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки и дополнили систему законов движения открытием закона всемирного тяготения – универсального закона природы. Это являлось основой для создания науки, изучающей движение тел Солнечной системы. Ньютон предложил миру научно-исследовательскую программу, которая стала ведущей в Англии и Европе. Он назвал ее «Экспериментальной философией».

№ 12. Научные картины мира и научные революции в истории естествознания.

Научные картины мира

Научная картина мира— система представлений человека о свойствах и закономерностях действительности, построенная в результате обобщения и синтеза научных понятий и принципов. Использует научный язык для обозначения объектов и явлений материи.

Понятие научной картины мира расщепляется на ряд взаимосвязанных понятий, каждое из которых обозначает особый тип научной картины мира как особый уровень систематизации научных знаний:

• общенаучная картина мира (систематизированное знание, полученное в различных областях)

• естественнонаучная картина мира и социально(общественно)-научная картина мира

• конкретно-научная картина мира (физическая картина мира, картина исследуемой реальности)

• специальная (частная, локальная) научная картина мира отдельных отраслей науки.

Также выделяют «наивную» картину мира.

Научная картина мира не является ни философией, ни наукой; от научной теории научная картина мира отличается философским преобразованием категорий науки в фундаментальные понятия и отсутствием процесса получения и аргументации знания; при этом научная картина мира не сводится к философским принципам, так как является следствием развития научного знания.

Научные революции

Аристотелевская

Период: VI—IV века до нашей эры

Отражение в трудах:

• Наиболее полно— Аристотеля: создание формальной логики (учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания), утверждение своеобразного канона организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование решения), дифференциация самого знания (отделение науки о природе от математики и метафизики)

Результат:

• возникновение самой науки

• отделение науки от других форм познания и освоения мира

• создание определенных норм и образцов научного знания.

Ньютоновская

Классическое естествознание

Период: XVI—XVIII века

Исходный пункт: переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической.

Отражение в трудах:

• Открытия: Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта. И. Ньютон подвел итог их исследованиям, сформулировал базовые принципы новой научной картины мира в общем виде.

Основные изменения:

• Язык математики, выделение строго объективных количественных характеристик земных тел (форма величина, масса, движение), выражение их в строгих математических закономерностях

• Методы экспериментального исследования. Исследуемые явления— в строго контролируемых условиях

• Отказ от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса.

• Представления: Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов

• Доминанта: механика, все соображения, основанные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, были исключены из сферы научного поиска.

• Познавательная деятельность: чёткая оппозиция субъекта и объекта исследования.

Итог: появление механистической научной картины мира на базе экспериментально математического естествознания.

Эйнштейновская

Период: рубеж XIX—XX веков.

• Открытия:

• сложная структура атома

• явление радиоактивности

• дискретность характера электромагнитного излучения

Итог: была подорвана важнейшая предпосылка механической картины мира— убежденность в том, что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно объяснить все явления природы.

№13 Ествествозание xx века, четвертая научная революция.

В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. Исследуя это явление, он наблюдал разряд наэлектризованных тел под действием указанного излучения и установил, что активность препаратов урана оставалась неизменной более года. Однако природа нового явления еще не была понята.

В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934). Прежде всего их заинтересовал вопрос: нет ли других веществ, обладающих свойством, аналогичным урану? В 1898 году были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи», — полоний и радий. Это свойство супруги Кюри

назвали радиоактивностью. Их напряженный труд принес щедрые плоды: с 1898 г. одна за другой стали появляться статьи о получении новых радиоактивных веществ.

А годом раньше, в 1897 году, в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл первую элементарную частицу — электрон. В последующих опытах по измерению заряда электрона и получению отношения этого заряда к массе было обнаружено совершенно необычное явление зависимости массы электрона от его скорости. Уяснив, что электроны являются составными частями атомов всех веществ, Дж. Томсон предложил в 1903 году первую (электромагнитную) модель атома. Согласно этой модели, отрицательно заряженные электроны располагаются определенным образом (как бы «плавают») внутри положительно заряженной сферы. Сохранение электронами определенного места в сфере есть результат равновесия между положительным равномерно распределенным ее зарядом и отрицательными зарядами электронов. Но модель «атома Томсона» просуществовала сравнительно недолго.

В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. Появлению этой новой модели атома «предшествовали эксперименты, проводимые Э. Резерфордом и его учениками, ставшими впоследствии знаменитыми физиками, Гансом Гейгером (1882-1945) и Эрнстом Марсденом (1889-1970). В результате этих экспериментов, показавших неприемлемость модели атома Дж. Томсона, было обнаружено, что в атомах существуют ядра — положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре. Исходя из этих новых представлений, Резерфорд и выдвинул свое понимание строения атома, которое он обнародовал 7 марта 1911 года на заседании Манчестерского философского общества. По его мнению, атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, которые обращаются вокруг него24.

Но планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный недостаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любое тело (частица), имеющее электрический заряд и движущееся с ускорением, обязательно должно излучать электромагнитную энергию. Но в этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. С этой точки зрения, оставалась непонятной необычайная устойчивость атомов. Кроме того, в соответствии с законами электродинамики, частота излучаемой электроном электромагнитной энергии должна быть равна частоте собственных колебаний электрона в атоме или (что то же) числу оборотов электрона вокруг ядра в секунду. Но в этом случае спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывал другое: атомы дают электромагнитное излучение только определенных частот (именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми, т. е. состоящими из вполне определенных линий). Такая определенность спектра, его ярко выраженная химическая индивидуальность очень трудно совмещается с универсальностью электрона, заряд и масса которого не зависят от природы атома.

Разрешение этих противоречий выпало на долю известного датского физика Нильса Бора (1885-1962), предложившего свое представление об атоме. Последнее основывалось на квантовой теории, начало которой было положено на рубеже XX века немецким физиком Максом. Планком (1858-1947). Планк выдвинул гипотезу, гласящую, что испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями — квантами.

Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существуют дискретные (стационарные) состояния, находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию энергии.

Предложенная Бором модель атома, которая возникла в результате развития исследований радиоактивного излучения и квантовой теории, фактически явилась дополненным и исправленным вариантом планетарной модели Резерфорда. Поэтому в истории атомной физики говорят о квантовой модели атома Резерфорда-Бора.

Следует отметить, что научные заслуги Резерфорда не ограничиваются исследованиями, приведшими к упомянутой планетарной модели атома. Совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877-1956) он провел серьезное изучение радиоактивности. Резерфорд и Содди дали трактовку радиоактивного распада как процесса превращения химических элементов из одних в другие.

Как тут не вспомнить крушение стремлений и надежд многих поколений алхимиков получать одни химические элементы (чаще всего — золото) из других в связи с открытием во второй половине XVIII века Лавуазье закона неизменности химических элементов. И вдруг, в начале XX века, оказалось, что в результате радиоактивного распада некоторые элементы самопроизвольно превращаются в другие. Это было поистине научной сенсацией.

Впрочем, наука XX века принесла немало сенсационных открытий, многие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта. Ярким примером этого может служить теория относительности, созданная в начале нашего столетия мало кому известным тогда мыслителем Альбертом Эйнштейном (1879—1955).

В 1905 г. им была создана так называемая специальная теория относительности. В целом теория А. Эйнштейна основывалась на том, что — в отличие от механики И. Ньютона — пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей и между собой. Когда А. Эйнштейна попросили выразить суть теории относительности в одной, по возможности понятной фразе, он ответил: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы, теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время»25.

Более подробно о теории относительности сказано в разделе, посвященном пространственно-временным представлениям. Мы здесь лишь отметим, что эта теория получила признание далеко не сразу. Специальная теория относительности была быстро принята лишь узким кругом известных физиков-теоретиков. Но в 20-х годах, после появления общей теории относительности, этот круг существенно расширился. Эйнштейн получил полную поддержку многих выдающихся ученых, работавших в других областях физики, но обладавших широкой культурой физического мышления.

Хотя имя А. Эйнштейна по сей день в массовом сознании связывается с теорией относительности, эта теория была далеко не единственным его научным достижением. Опираясь на представление Планка о квантах, Эйнштейн еще в 1905 году сумел обосновать природу фотоэффекта. Каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта, или фотона, который при этом теряет свою энергию. Часть этой энергии уходит на разрыв связи электрона с металлом. Эйнштейн показал зависимость энергии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом.

Казалось, что корпускулярная теория материи торжествует. Фотон, например, явно имеет корпускулярные свойства (русский физик П.Н. Лебедев даже доказал в 1899 году существование светового давления). Но вскоре выяснилось, что определить энергию фотона (частицы света, не обладающей массой покоя) можно было, только представляя его себе в виде волны с соответствующей длиной и частотой. Получалось, что фотон — это одновременно и волна и частица. Распространяется он как волна, излучается и поглощается — как частица.

В 1924 году произошло крупное событие в истории физики: французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею о волновых свойствах материи. Наиболее убедительное подтверждение существования волновых свойств материи было получено в результате открытия (наблюдения) дифракции электронов в эксперименте, поставленном в 1927 году американскими физиками Клинтоном Дэвиссоном (1881-1958) и Лестером Джермером (1896-1971). Быстрые электроны, проходя сквозь очень тонкие пластинки металла, вели себя подобно свету, проходящему мимо малых отверстий или узких щелей. Другими словами, распределение электронов, отражавшихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным направлениям, было таким же, как если бы на пластинку падал пучок света с длиной волны, равной длине волны электрона, вычисленной по формуле де Бройля.

Экспериментально подтвержденная гипотеза де Бройля превратилась в принципиальную основу, пожалуй, наиболее широкой физической теории — квантовой механики. У объектов микромира, рассматриваемых с ее позиций, обнаружились такие свойства, которые совершенно не имеют аналогий в привычном нам мире. Прежде всего — это корпускулярно-волновая двойственность, или дуализм элементарных частиц (это и корпускулы и волны одновременно, а точнее — диалектическое единство свойств тех и других). Движение микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождествлять с механическим движением макрообъекта. Например, положение элементарной частицы в пространстве в каждый момент времени не может быть определено с помощью системы координат, как для привычных нам тел окружающего мира. Движение микрочастиц подчиняется законам квантовой механики.

Об абсолютной непригодности законов классической механики в микромире свидетельствует, например, установленное видным немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901-1976) соотношение неопределенностей: если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения), и наоборот. Это одно из фундаментальных положений квантовой механики. С точки зрения классической механики и просто «здравого смысла», принцип неопределенности представляется абсурдным. Нам трудно представить себе, как все это может быть «на самом деле».

Все вышеизложенные революционные открытия в физике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классической механики, ибо разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических элементов и т. д. Теперь уже вряд ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений. Рождение и развитие атомной физики таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.

№14 Основные составляющие естественно-научной картины мира.

Естественнонаучная картина Мира представляет собой единую и целостную систему принципов, правил и законов, которым подчиняется поведение объектов природы и в соответствии с которыми происходят различные процессы, явления и изменения свойств материальных объектов.

Современная естественнонаучная картинаМира построена на результатах исследований математических, физических, химических, биологических наук и наук о Земле, получивших наиболее глубокое развитие в ХХ столетии и которые схематично можно охарактеризовать следующим образом.

1) Теоретические и экспериментальные исследования строения вещества (в основном открытие электрона, ядра атома и элементарных частиц; строение атомов и молекул, их физико-химические свойства).

2) Создание специальной и общей теории относительности Эйнштейна (представления об относительном характере пространства и времени, а также об относительном характере всех видов движения; установление связи между свойствами движущихся материальных тел и скоростью их движения; установление взаимосвязи между энергией и массой физической системы, а также зависимости свойств пространства от наличия в нем физических систем).

3) Создание квантовой механики и развитие квантовых представлений вразных направлениях физических и химических наук (квантовая электродинамика, квантовая оптика и спектроскопия, квантовая теория твердого тела, квантовая химия), создание на их основе новых методов и приборов, например, квантовых оптических генераторов – лазеров и мазеров и т. д.

4) Разработка концепции непрерывно-дискретных (непрерывно-корпускулярных) свойств материи, включая современную теорию строения атома и теорию корпускулярно-волнового дуализма света и микрочастиц, создание на их основе принципиально новых физических методов исследования (кристаллография, электронография, нейтронография).

5) Развитие учения о химических процессах; создание теории цепных химических реакций; установление связи между кинетикой, строением, реакционной способностью и свойствами исходных реагентов и конечных продуктов; создание и развитие теории и практики химии и физики высокомолекулярных соединений.

6) Открытие явления радиоактивности и построение теории цепных ядерных и термоядерных реакций (ядерные установки, атомные электростанции, атомное и водородное оружие и т. п.).

7) Развитие методов теоретической и прикладной математики (кибернетика, электронно-вычислительные машины, компьютеры, новые информационные технологии).

8) Развитие биологических наук (молекулярная, генетическая, эволюционная и космическая биология; изучение свойств, строения, структуры и функций биополимеров; установление механизма процессов обмена веществ и передачи наследственной информации; создание новых биотехнологий и методов генной инженерии; термодинамическая теория эволюции живых существ и т. д.).

9) Наука об окружающей природной среде (законы, принципы и правила общей и прикладной экологии; разработка концепции единства неживой и живой природы).

10) Новые теоретические исследования и экспериментальные данные в области изучения Земли (модели происхождения Земли, методы определения ее строения и возраста, особенности механизма эволюции Земли).

11) Создание принципиально нового междисциплинарного научного направления – синергетики, в основе которого лежит принцип самоорганизации в неживой и живой природе.

№15 Материя и ее структурные уровни

Материя - объективная реальность , которая дана человеку в его ощущениях и существует независимо от него. Это некая субстанция, основа всех существующих объектов и систем, их свойств, связей между ними и форм движения, т.е. то из чего состоит окружающий мир.

структурные уровни организации материи в живой природе.

Согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня–нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; над организменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества. В природе все взаимосвязано, поэтому можновыделить такие системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой природы–биогеоценозы.

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, переходят далее к изучению сложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение. В науке выделяются три уровня строения материи макромир, микромир и мегамир

№16 Формы существования материи.

Известны две формы существования материи как объективной реальности: вещество и поле. Вещество - материальное образование, состоящее из элементарных частиц, имеющих собственную массу, или массу покоя. Промежуточные по массе частицы между лептонами и нуклонами называют мезонами. Мезоны и барионы вместе именуются адронами. Все вещества в конечном итоге состоят из атомов, следовательно, из электронов, протонов и нейтронов.

№17 Структурные организации материи. Макро, микро, мега мир.

На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.

По другому критерию – масштабам представления – в естествознании выделяют три основных структурных уровня материи:

• микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 секунды;

• макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10-6–107 см), а время – в секундах, минутах, часах, годах, веках;

• мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 1028 см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет

Структурные уровни микромира.

1. Вакуум. (поля с минимальной энергией.)

2. Элементарные частицы.

3. Атомы . А́том — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая частьхимического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным.

4. Молекулы. Моле́кула — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов, наименьшая частица химического вещества

5. Микротела.

структурные уровни в мегамире.

Основными структурными элементами мегамира являются 1) космические тела,

2) планеты и планетные системы;

3)Звездные скопления

4) Галактики. Квазары, ядра галактик

5) Группы галактик

6) Сверхскопления галактик

7) Метагалактика

8) Вселенная.

Звезда- основная структурная единица мегамира. Это мощные источники энергии, природные термо-ядерные реакторы, в которых происходит химическая эволюция.

Планета это блуждающая звезда, все они с разной периодичностью вращаются вокруг Солнца и вокруг своей оси (планеты Солнечной системы к примеру). Карликовые планеты : Плутон, Харон, Церера, Сена, Седна.

ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ – гравитационно-связанные группировки звёзд одинакового возраста и совместного происхождения. Различают шаровые скопления и рассеянные скопления

Галактика — гигантская, гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. По форме делитя на круглую, спиральную и неправильной ассиметричной формы.

Квазар — мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной — их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша.

Скопления галактик — гравитационно-связанные системы галактик, одни из самых больших структур во вселенной. Размеры скоплений галактик могут достигать 108 световых лет.

Мегагалактика – доступная для наблюдения часть Вселенной (как с помощью телескопов, так и невооружённым глазом).

Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносится с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Макромир имеет несколько уровней организации (физический, химический, биологический и социальный).

Как уже ранее говорилось, макромир имеет довольно сложную организацию. Его самый маленький элемент - атом, а самая большая система - планета Земля. В его состав входят как неживые системы, так и живые системы различного уровня. Каждый уровень организации макромира содержит как микроструктуры, так и макроструктуры. Например, молекулы вроде бы должны относится к микромиру, поскольку они нами непосредственно не наблюдаются. Но, с одной стороны, самая большая структура микромира - атом. А у нас есть сейчас возможность видеть с помощью микроскопов последнего поколения даже часть атома водорода. С другой стороны, есть огромные молекулы, чрезвычайно сложные по своему строению, например, ДНК ядра может быть длинной почти в один сантиметр. Подобная величина уже вполне сопоставима с нашим опытом, и если бы молекула была толще, мы бы ее увидели невооруженным глазом.

Все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии, состоят из молекул. Молекулы образуют и кристаллические решетки, и руды, и скалы, и другие объекты, т.е. то, что мы можем почувствовать, увидеть и т.д. Однако, несмотря на такие огромные образования, как горы и океаны, - это все молекулы, связанные между собой. Молекулы - новый уровень организации, они все состоят из атомов, которые в этих системах рассматриваются как неделимые, т.е. элементы системы.

Как физический уровень организации макромира, так и химический уровень имеют дело с молекулами и различными состояниями вещества. Однако химический уровень значительно более сложный. Он не сводится к физическому, рассматривающему строение веществ, их физические свойства, движение (все это было исследовано в рамках классической физики) хотя бы по сложности химических процессов и реакционной способности веществ.

На биологическом уровне организации макромира, кроме молекул, мы обычно не можем без микроскопа разглядеть и клетки. Но ведь есть клетки, которые достигают огромной величины, например аксоны нейронов осьминогов длинной в один метр и даже больше. Вместе с тем все клетки имеют определенные сходные черты: они состоят из мембран, микротрубочек, у многих есть ядра и органеллы. Все мембраны и органеллы в свою очередь состоят из гигантских молекул (белков, липидов и др.), а эти молекула состоят из атомов. Поэтому как гигантские информационные молекулы (ДНК, РНК, ферменты), так и клетки - это микроуровни биологического уровня организации материи, включающего и такие огромные образования, как биоценозы и биосфера.

№18 Пространство и время. Концепции времени.

Пространство есть форма бытия материи, характеризующая порядок сосуществования и рядоположенность материальных образований, их структурность и протяженность. Время - форма бытия материи, характеризующая взаимодействие объектов и смену их состояний, последовательность процессов и их длительность. С древнейших времен люди, пытаясь упорядочить свою жизнь, сообразовать ее с ходом природных процессов, измеряли окружающий мир. При этом время и пространство не противопоставлялись, а взаимодополняли друг друга. Во всех культурах человек боялся или обожествлял время, придавая ему самые разные формы: луча, пронизывающего тьму; стрелы, летящей из прошлого в будущее; спирали. Чаще всего время передавалось числом, но иногда, оно представлялось звуком или музыкой. Анализ времени в физике породил как минимум три модели. Первая модель рассматривает время одновременно и как меру, и как измеряемое количество. Такой взгляд на время лежит в основе законов ньютоновской механики. Во второй модели анализируются направленные процессы и события, отраженные в законах термодинамики или в теории диссипативных структур. Квантовая теория предлагает третью модель физического времени, считая последнюю реальность фундаментально временной. В истории философии и науки сложились две основные концепции пространства и времени:

1. Субстанциальная концепция рассматривает пространство и время как особые самостоятельные сущности, которые наряду и независимо от материальных объектов. Пространство сводилось к бесконечной пустоте ("ящику без стенок"), вмещающей все тела, время - к "чистой" длительности. Эта идея, в общем виде сформулированная еще Демокритом, получила свое логическое завершение в концепции абсолютного пространства и времени Ньютона, который считал, что их свойства не зависят от характера протекающих в мире материальных процессов.

2. Реляционная концепция рассматривает пространство и время не как особые, не зависимые от материи сущности, а как формы существования вещей (Аристотель, Лейбниц, Гегель, Энгельс).

Субстанциальная и реляционная концепции не связаны однозначно с материалистическими или идеалистическими толкованиями мира, обе развивались на той и другой основе. Так, если Кант считал пространство и время не свойствами самих вещей, а априорными "доопытными) формами человеческого созерцания, то Гегель подчеркивал, что лишь в движении духа (как "инобытия" материи)"пространство и время действительны". Диалектико-материалистическая концепция пространства и времени была сформулирована в рамках реляционного подхода.

Помимо рассмотренной выше пары концепций времени история естественных наук знает еще одну пару концепций: статическую (согласно которой события прошлого, настоящего и будущего существуют реально) и динамическую (согласно которой реально существуют только события настоящего времени; события прошлого уже не существуют, а события будущего еще реально не существуют).

№19. Дальнодействие и близкодействие.

Близкодействие и дальнодействие—это взаимно противоположные взгляды для объяснения взаимодействия материальных структур. По концепции близко действия любое взаимодействие на материальные объекты может быть передано только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени. Дальнодействие допускает действие на расстоянии мгновенно с бесконечной скоростью, т. е. фактически вне времени и пространства. После Ньютона эта концепция получает широкое распространение в физике, хотя он сам понимал, что введенные им силы дальнодействия (например, силы тяготения) являются лишь формальным приближенным приемом, позволяющим дать верное в некоторых пределах описание наблюдаемых явлений. Окончательное утверждение принципа близкодействия пришло с выработкой концепции физического поля как материальной среды. Уравнения поля описывают состояние системы в данной точке в данный момент времени как зависящее от состояния в ближайший предшествующий момент в ближайшей соседней точке. Если электромагнитное поле может существовать независимо от материального носителя, то электрическое взаимодействие нельзя объяснить мгновенным действием на расстоянии. Поэтому дальнодействие Ньютона уступило место близкодействию, полям, распространяющимся в пространстве с конечной скоростью. Таким образом, согласно современной науке, взаимодействия между структурами передаются посредством соответствующего поля с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.