Современная естественнонаучная картина мира

Уровни организации материи	Часть пространства	Наука	Вид эволюции
1. Вселенная	Мегамир	Космология	Космическая
2. Галактика	- » -	Астрономия	- » -
3.Звездные системы	- » -	- » -	- » -
4. Планета	- » -	Геология	Геологическая
5. Биосфера	Макромир	Экология	Экологическая
6. Экосистема	- » -	Этология	Биологическая
7. Популяция	- » -	- » -	- » -
8. Вид	- » -	- » -	- » -
9. Индивид	- » -	- » -	- » -
10. Клетка	- » -	Цитология, генетика	- » -
11. Молекула	Микромир	Биохимия	Химическая
12. Атом	- » -	Физика	Физическая
13. Элем.частица	- » -	- » -	- » -
14. Кварк	- » -	- » -	- » -

Предмет естествознание изучает:

• различные формы движения материи в природе,

• иерархия последовательных уровней организации материи и их взаимосвязи,

• основные формы бытия – пространство и время,

• общие и специфические закономерности явлений природы.

В истории естествознания выделяют эволюционные и революционные периоды развития. Революции в естествознании связаны с изменениями способов познания.

Научная революция - закономерный и периодически повторяющийся в истории науки процесс качественного перехода от одного способа познания к другому, отражающий более глубинные связи и отношения природы. Происходит резкое изменение системы методов, идеалов познания, критика старых и утверждение новых ценностей познания. К научным революциям в естествознании относят коперниканскую, ньютонианскую, дарвиновскую, революцию.

Научные революции в естествознании

Первая научная революция. Гелиоцентрическая система мира (16 век).

Первая научная революция была предопределена несколькими причинами. Во - первых - возникла необходимость усовершенствования несистематической Птолемеевской геоцентрической системы, где каждая планета рассматривалась сама по себе. Во – вторых, назрела необходимость реформы юлианского календаря (в 4 в.н.э. Никейским собором была закреплена календарная дата весеннего равноденствия – 21 марта при расчете праздника Пасхи, однако к 16 в. произошло отставание на 10 дней). Так же необходимо было составление для мореходной практики более точных звездных таблиц.

Среди научных деятелей того периода особенно большой вклад в мировую науку внесли несколько человек.

Николай Коперник (1473-1543) – великий польский астроном, автор труда «Об обращениях небесных сфер» создал новую единую гелиоцентрическую систему мира. Система Коперника проще и точнее системы Птолемея, на ее основе – реформа календаря – введение нового григорианского стиля (5 (по-новому 15)октября 1582 г. по инициативе папы Григория 13).

-в центре Вселенной находится неподвижное Солнце

-объяснил годичное вращение Земли (со спутником Луной) и планет вокруг Солнца по круговой орбите, причем движение небесных тел подчинено общим законам механики (времена года)

-объяснил суточное вращение Земли вокруг своей оси (смена дня и ночи),

Недостатки взглядов Коперника:

-конечность Вселенной твердой сферой, на которой закреплены неподвижные звезды, движение небесных тел только равномерное и круговое, неравномерное движение Солнца – кажущийся эффект (из за наблюдения с движущейся Земли).

Джордано Бруно (1548-1600) – итальянский ученый, монах, сожженный инквизицией на костре в Риме за провозглашение нового прогрессивного мировоззрения.

Дополнил систему Коперника:

-Вселенная бесконечна, центра Вселенной нет, материальное единство Вселенной.

-Существует множество миров, подобных нашей Солнечной системе, в т.ч. обитаемых.

-Солнце подвижно по отношению к звездам и тождественно звездам.

Галилео Галилей (1564-1642) – ит. астроном, физик, создатель основ механики, развивал систему Коперника о строении Вселенной.

Заслуги в области астрономии :

-построил телескоп с 30-кратным приближением, Млечный путь - это скопление звезд, открыл 4 спутника Юпитера (из 13), пятна на Солнце и кольца Сатурна, наблюдал поверхность Луны. Создал основы нового механистического естествознания - раздел механики – динамику:

1. разграничил понятия равномерного и неравномерного движения,

2. сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости), законы свободного падения тел,

3. результатом действия силы на движущееся тело является ускорение, а не скорость,

4. сформулировал принцип инерции (если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения),

5. ввёл понятие инерциальной системы,

6. принцип относительности движения (все системы, движущиеся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов),

7. закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

Вторая научная революция. Создание классической механики и экспериментального естествознания. Механистическая картина мира (17 век)

Иоган Кеплер (1571-1630) – математик и астроном,

- создание законов небесной механики (3 закона движения планет относительно Солнца):

1. каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце,

2. скорость движения планеты по орбите непостоянна, она тем больше, чем ближе планета к Солнцу (ускорение) (разрушен принцип кругового, равномерного движения планет),

3. квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний до него (т.е. с удалением от Солнца уменьшается скорость движения планет),

-составление звездных таблиц, расчет положения планет во времени (уравнения Кеплера), теория солнечных и лунных затмений, их предсказание.

Несмотря на то, что было установлена, главенствующая роль Солнца в движении планет, природа единой физической силы, движущей планеты была неясна. В то время в механике была разработана только статика - учение о равновесии, а динамика – учение о силах и их взаимодействии была создана позднее И. Ньютоном.

Исаак Ньютон (1643-1727) – основатель классической теоретической физики. В книге «Математические начала натуральной философии» была изложена всеобщая теория – механика земных и небесных процессов. Ньютоновский метод – экспериментальное установление точных количественных закономерностей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.

• создание дифференциального и интегрального исчисления,

• оптика (опыты по дисперсии света), открытие спектрального состава света,

• изобретение отражательного зеркального телескопа-рефлектора для устранения дефекта хроматической абберации линзовых стеклянных объективов (т.е. погрешности изображения при преломлении цветного луча света), астрономические наблюдения,

• новая корпускулярная теория света = свет как поток частиц,

• создание основ классической механики (динамика, 3 закона движения):

1. Первый закон: "Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние".

2. Второй закон: "Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует".

3. Третий закон: "Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны".

Законы Ньютона появились как результат обобщения многочисленных наблюдений, опытов и теоретических исследований Г. Галилея, Х. Гюйгенса, самого Ньютона и др. Они перестают быть справедливыми для движения объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при движениях со скоростями, близкими к скорости света.

4. Закон всемирного тяготения: F_тяж. = G * m₁ * m ₂ / r ²

Для всех планет имеет место притяжение к Солнцу, а также тяготение планет друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и прямо пропорциональной только их массе, не зависимо от других свойств тела. Данный закон описывает взаимодействие любых тел, расстояние между которыми во много раз больше их размеров.

• единство законов движения планет, спутников и комет Солнечной системы,

• объяснение приливов и отливов, сжатие планет, сплюснутая у полюсов форма Земли (вызывается вращением планет и гравитационным притяжением).

Третья научная революция. Диалектизация естествознания (идея единства, взаимосвязи и развития природы).

19 век занимает особое положение в истории естествознания. В этот период уже сформулирована первая механистическая картина мира, формирование которой происходило всю вторую половину 18 века

основные положения

1. Все тела природа состоят из материальных частиц, жестких и обладающих весом, пренебрежимо малых размеров.

2. Между материальными частицами действуют силы притяжения (закон всемирного тяготения Ньютона) и силы отталкивания, проявляющиеся при упругом соударении. Если преобладают неустранимые силы притяжения, то частицы объединяются и дальше существуют вместе

3. Материальные частицы в своём движении подчиняются законам механики Ньютона, с появлением которой связана вторая научная революция

4. Пространство и время абсолютны, т.е. не зависят от материи.

В промышленности – создание транснациональных корпораций, развитие машинного производства. Усиленная дифференциация наук. Возникают общая химия, физика, биология.

Постепенно к концу 19 в. механистическая картина мира утрачивала своё значение. Были выведены три закона термодинамики. Они получаются только из опытов и не могут быть выведены ни из какой теории.

1. Всё тепло, получаемое телом, идёт на увеличение внутренней энергии тела и на совершение работы против внешних сил.

2. Невозможно полностью превратить тепло, отдаваемое телом, в работу.

3. Никаким естественным или искусственным способом нельзя достичь абсолютного нуля температур.

Была разработана теория электромагнитных явлений (Майкл Фарадей, Дж. Максвелл).

Введение в физику концепции поля как особой формы материи. Об этом говорил ещё Демокрит и Аристотель. После чего стало ясно, что существует ещё и гравитационное поле. И если до этого существовал принцип дальнодействия, то его пришлось сменить на принцип близкодействия.

Возникновение и развитие научной химии.

• Развитие технической химии (металлургия, стеклоделие, бумага) и открытие новых химических веществ (висмут, платина, фосфор).

• приложение идей атомизма к химии, понятие химического элемента, основы аналитической химии,

• атомно-молекулярная теория строения вещества (М.В. Ломоносов),

• теория строения химических соединений (А.М. Бутлеров, учение о валентности и химической связи: свойства веществ определяются не только составом, но и структурой: порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием),

• стереохимия – теория пространственного строения органических соединений,

• химическая кинетика – учение о скоростях хим. реакций.

• открытие Д.И. Менделеевым (1869) периодической системы хим.элементов и периодического закона (свойства хим.элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер).

Биология.

• идея единства живой природы и единство плана строения живых существ,

• концепция трансформизма Ж. Бюффона (происхождение видов от 1-го предка под влиянием среды и ограниченная изменчивость видов),

• концепция эволюции органического мира Ж.Б. Ламарка – ламаркизм (принцип градации – стремление к совершенству, принцип прямого приспособления к условиям среды),

• катастрофизм (Ж. Кювье) - принцип коренных качественных изменений органического мира в результате катастроф, принцип прогрессивного восхождения органических форм после катастрофы), одни виды исчезают, появляются другие, качественно новые

• униформизм (Дж.Геттон) – Земля не развивается в определенном направлении, а просто изменяется случайным образом (однообразие действующих факторов и законов природы на протяжении истории Земли, отсутствие скачков в истории, суммирование мелких отклонений в течение громадных периодов времени, обратимость явлений и отрицание прогресса в развитии).

• теория эволюции Ч. Дарвина (естественный отбор - как механизм видообразования),

• разработка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн) – структурное подобие организмов на основе клеток, образование клеток – универсальный принцип развития любого организма (и растительного, и животного),

• становление генетики (законы наследственности Г. Менделя)