Введение

Естествознание – это наука об эволюционно развивающейся природе как единой целостности во всем ее многообразии.

Целостный взгляд на природу или единая система знаний о явлениях и их взаимообусловленности в окружающем нас мире отражена сегодня в многочисленных естественных науках. Исторически первоначально формирование взглядов на окружающий мир происходило в рамках трех разделов естествознания: физики, химии и биологии. В настоящее время число наук, вследствие их дифференциации, достигло нескольких тысяч, среди них много самостоятельных наук (физика, химия, биология, астрономия, география, геология, палеонтология), но еще больше смежных дисциплин (биофизика, биохимия, астрофизика, геофизика и др.). Наблюдаемые сегодня процессы интеграции наук, связаны с великими открытиями в 20-м веке, изменившими наши представления об окружающем мире как о неизменной сущности. В последнее столетие человечество на основе достижений науки открыло для себя, что мир закономерно изменяется и целостные представления об эволюции взаимосвязанных природных процессов могут быть получены лишь с позиций их изучения совместно разными науками.

Учебная дисциплина – естествознание, читаемая с недавних пор, представляется совершенно необходимым предметом для гуманитарных направлений. Ее изучение позволяет студентам быть в курсе современных проблем наук о природе и четко представлять себе природу как единое целое во всем ее многообразии объектов и явлений.

В сферу изучения естествознания входит микро-, макро- и мегамир. Понятно, что это необозримая и неисчерпаемая область науки. Сферу ее интересов еще можно определить как накопление знаний о неорганической и органической природе мира. Неорганическую природу исследуют преимущественно такие науки как физика, неорганическая химия, астрофизика и т. д. Биологические науки исследуют живую природу от молекулярного уровня до экосистемного или, если это касается всей земли, биосферного.

Логика развития науки.

Исторически динамика развития науки отличается неравномерным характером. Обычное медленное ее течение сменяется, резким изменением направления развития, как правило, разрушая сложившиеся ранее представления об окружающем мире. Именно так происходило в 20 веке с естествознанием, когда логика неспешного развития сменилась революционной ломкой его теоретического содержания и методов познания. Существовавшие ранее научные картины мира – стационарной Вселенной заменились представлениями развивающейся Вселенной во всех ее частях, где четко прослеживается после Большого взрыва нарастающее усложнение организации материальных объектов (атомы, звезды, галактики, живые организмы, экосистемы и т. д.).

Мы видим, что наука развивается, необратимо качественно меняясь со временем. Совершенно очевидно, имеется некая логика ее развития. Знание этой логики позволило бы понять закономерности научного прогресса, его движущие силы и исторически обусловленные причины. В наши дни среди множества взглядов на развитие науки выделяется два из них. Один предложен американским философом Т. Куном, другой – венгерским математиком и философом И. Лакатосом. Концепции этих авторов считаются в современном мире наиболее убедительными.

Кун полагает, что развитие науки нелинейно оно осуществляется через смену парадигм. Что под этим понимается? Парадигма в буквальном смысле слова – образец и, как отмечает автор концепции, парадигму составляет «… признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу». Пример можно взять из истории развития естествознания, где динамика парадигм прекрасно прослеживается сменой аристотелевского этапа в развитии науки на ньютоновский и далее на эйнштейновский, релятивистский. При развитии науки, признанной научным сообществом, в рамках парадигмы (или нормальной науки) зарождаются идеи, противоречащие общепринятым, и тогда с ними ведется активная борьба со стороны ученых и общественности – сторонников доминирующих взглядов. Но ростки нового завоевывают все больше последователей и старые взгляды (парадигма) в конце концов, отметаются. Так осуществлялась и, по-видимому, будет и впредь осуществляться смена научной картины мира в представлениях людей.

Модель развития науки по И. Лакатосу очень схожа с моделью развития по Т. Куну и в то же время, имеющиеся различия принципиальны. По Лакатосу выбор научными сообществами направления развития науки осуществляется рационально, на основе четких критериев, где определяющую роль играет конкуренция исследовательских программ. Тогда как по Куну развитие новых направлений принципиально не предсказуемо, не детерминировано и новое направление в критический момент возникает случайно из множества возможных.

Естествознание как раздел достижений человеческой культуры.

Предметом учебного курса «Концепции современного естествознания» является комплекс знаний о природе, тесно связанных и взаимообусловленных, рассматривающих природу как единое целое. В свою очередь знания о природе выступают как составная часть культурных достижений человечества. Дать определение – что такое культура достаточно сложно. Сегодня таких определений несколько сотен. Тем не менее, есть несколько утилитарное, но достаточно простое определение – культура это всё чего достиг человек за свою историю, определяющее его сегодняшний характер жизни и способствующее его дальнейшему развитию. Все достижения человечества (культуру) можно разделить на три типа: материальную, социальную и духовную.

Материальная культура – совокупность достижений человечества в сфере вещественно-энергетических средств бытия.

Социальная культура – система достижений человечества в сфере поведения людей. В нее входят разновидности этикета, правовой, светской, религиозной, нравственной, экономической нормативной деятельности.

Духовная культура – представляет собой систему знаний человека о природе (естественные науки) и о позитивно значимых ценностях бытия индивида, групп, государств, человечества (гуманитарные науки).

Несмотря на различие объектов и методов естественных и гуманитарных наук, они имеют некоторые общие закономерности развития. Сегодня усиливаются интеграционные процессы из-за общих методов исследования и, следовательно, возникновения связей между науками, в том числе и в сфере естественных наук.

Интеграционные процессы в современном естествознании сопровождаются образованием комплексов взаимодействующих наук на основе изучения одного объекта с использованием методов различных наук. В результате создаются общенаучные теории (квантовая механика, теория строения атома) и вырабатываются общенаучные понятия (энтропия, симметрия, система) и направления (синергетика). Интеграция знаний сопровождается образованием междисциплинарных наук, вбирающих в себя знания нескольких из них с образованием самостоятельных научных дисциплин (астрофизика, биохимия, биофизика т. д.). Особенно большую интегрирующую силу имеют такие общие науки как математика и философия.

Большой объем научных дисциплин дает обобщенную научную единую картину мира. Во времени, от древних греков по сегодняшний день, она существенно менялась. Сегодня выделяют три радикальных (революционных) изменения в истории естествознания. Часто эти революционные изменения называют по именам ученых сделавших наиболее значимый вклад в развитие новых концепций. Первую научную картину мира называют аристотелевской, вторую ньютоновской, а третью эйнштейновской.

Особенностью современной научной картины мира является ее эволюционность. До двадцатого столетия в классической науке доминировали взгляды, что любым природным системам присуща тенденция к деградации, к разрушению. В основании таких представлений лежали законы равновесной термодинамики, согласно которым перераспределение энергии имеет характер однонаправленного процесса, при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда нарастает, а система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие или полный хаос. Поскольку любая работа в системах в конечном итоге преобразуется в тепло, а оно рассеивается, то все процессы должны заканчиваться тепловой «смертью» (термодинамическим равновесием или хаосом). Однако окружающую нас природу мы можем видеть как ряд усложняющихся систем, что противоречит законам термодинамики. Следовательно, в природе возможны процессы не только разрушения, но и созидания, самоорганизации. Для решения вопросов причин, механизмов самоорганизации и самоусложнения систем сформировалось новое научное направление – синергетика. Здесь под самоорганизацией понимается спонтанный переход от менее организованных систем к более организованным, от менее упорядоченных систем к более упорядоченным, к примеру, переход от неживой природы к живой. К объектам, способных пойти по пути синергетических преобразований, могут быть отнесены системы открытые, с точки зрения термодинамики, и неравновесные, т. е. находящиеся достаточно далеко от состояния равновесности. Сегодня мы говорим, что исторически развивающаяся Вселенная, все ее элементы произошли путем самоорганизации, т. е. все они развивались путем синергетических преобразований и им свойственен эволюционизм. А если это так, то синергетические преобразования природы это не исключение, а правило. В связи с чем, основная задача современного естествознания познать окружающий нас мир во всем его многообразии и механизмы его развития.

Методы научного познания.

После описательного этапа в развитии науки, который на первых порах проходили все естественные дисциплины, наступает время научного изучения окружающей нас действительности. При этом используется большой набор различных методов. В частности, становление физики как науки некоторые авторы соотносят со временем разработки Г. Галилеем экспериментального метода познания окружающего мира. К настоящему времени сформировалось специальное направление знаний (методология или учение о методах), занимающееся как изучением, так и разработкой методов познавательной деятельности. В целом, все методы определенным образом классифицируются, с выделением нескольких уровней.

Всеобщие методы. Выделяют диалектический и метафизический. Это общефилософские методы.

Общенаучные методы. Среди них часто выделяют два уровня в научном познании,

эмпирический (наблюдение, эксперимент, измерение);

теоретический (идеализация, формализация).

Эти уровни не должны не отрываться друг от друга не противопоставляться, т. к. эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой, поскольку эмпирический уровень познания выступает как основа, фундамент любых гипотез и теорий. А теоретический уровень, формирующийся на эмпирических научных фактах, дает возможность продолжения эмпирического научного познания уже на новом теоретическом уровне знаний.

Частнонаучные методы– это методы конкретных наук, биологии, химии, астрономии и т. д., где используются все упомянутые выше методы, но в приложении к данной области знаний. В естественнонаучных дисциплинах, в частности, присутствуют наблюдение, эксперимент, измерение, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Частнонаучные методы связаны и с всеобщим диалектическим методом.

Концепции современной физики.

Аристотелевский этап в развитии естествознания.

Представления об окружающем мире формировались в продолжении всей истории развития человечества. Этот процесс был неравномерен в разные периоды развития цивилизации. Знания о природе начали складываться у Человека в глубокой древности с первых его шагов как разумного существа. Они складывались на основе опыта из повседневной практики, добычи пищи, защиты от зверей, получения тепла и т. д. и, естественно, не носили никакой системности. Систематизация знаний началась гораздо позднее и именно с этим связывается становления научных представлений о природе. Сегодня большинство ученых делят историю формирования научных знаний о природе на три этапа.

Первый из них, называемый по имени великого Аристотеля - аристотелевским, делят еще на несколько периодов.

Древнегреческий период (6-й век до н. э.) характеризуется появлением первых научных систематизированных знаний как результата деятельности научных сообществ (милетская школа, платоновская академия, пифагорейцы и т.д.). Сформировавшаяся наука того времени вошла в историю под названием - натурфилософия. Ученые в это время были и философами, и учеными одновременно (Гераклит, Фалес, Анаксимен, Анаксимандр, Пифагор, Демокрит, Гиппократ). Самым известным среди них был Аристотель, авторитет которого в науке был непоколебим в продолжение полутора тысяч лет. Многочисленные работы Аристотеля разнообразны по тематике, это, прежде всего, «Категории», «Физика», «Метеорологика», «Метафизика», «История животных». В трактате «О небе» Аристотель говорил, что сферическая Земля находится в центре Вселенной, движение наблюдаемых звезд происходит благодаря движению сфер к коим они прикреплены.

Эллинистический период (3-й век до н. э.) в основном связывают с именами: Эпикура, Евклида, Архимеда, Эрастофена. В эллинистическое время происходила специализация наук и окончательное формирование некоторых из них: математики, астрономии и медицины.

Начало Древнеримского периода относят к 30-м годам до н. э., когда новым центром науки становится Рим. Основные достижения этого времени были сделаны Птолемеем в астрономии и Галеном в медицине. Птолемей в своей работе «Альмагест» или «Великое построение» показал итог развития астрономии к тому времени. Он математически описал картину мира, предложенную в свое время Аристотелем. По его представлениям Солнце, Луна и пять известных тогда планет вращаются вокруг Земли. Геоцентрическая картина мира, служила основой мировоззрения для многих поколений ученых до опубликования Н. Коперником работы «Об обращении небесных сфер».

Ньютоновский этап в развитии естествознания.

Второй этап в развитии естествознания, часто называемый по имени И. Ньютона – ньютоновским этапом, определялся работами многих ученых и среди них: Коперник, Браге, Кеплер, Галилей. Их исследования разрушили доминировавшие до этого концепции ученых аристотелевского времени, просуществовавшие до этого полторы тысячи лет. Первый революционный шаг сделал Николай Коперник, поместивший в центр Вселенной не Землю, а Солнце. Вслед за Коперником Тихо Браге отверг идею сфер, к которым якобы были прикреплены небесные тела и доказал, что они движутся по круговым орбитам. Позднее Иоганн Кеплер (математик и астроном) уточнил, что каждая планета движется по эллиптической кривой.

И, наконец, применение научного метода связывают с именем Галилео Галилея. Использование, которого позволило автору раскрыть много загадок природы, остававшихся сотни лет за пределами возможностей Человека.

Позднее, в 17-м веке, Исаак Ньютон предложил математические методы описания движения тел с помощью формул, этого очень удобного краткого описания физических процессов. В то же время математический метод описания процессов имеет и прогностические возможности, т. к. позволяет оценить поведение процессов или систем и в прошлом, и в будущем. Но больший вклад Ньютона в развитие естествознания связан с введением им понятия теории. В основе теории всего несколько законов, позволяющие предсказать любые типы движений. Свои достижения он опубликовал в работе под названием «Математические начала натуральной философии».

Механистическая картина мира, изложенная в теории Ньютона, очень проста и как полагают исследователи, хорошо описывает устройство Вселенной, доступной для изучения обычными средствами. Ученые того времени считали совершенно необходимым, чтобы любая теория основывалась на небольшом объеме постулатов. Более того, любая теория должна была быть проверена опытным путем. Естественно, теория Ньютона отвечала данным требованиям.

В 19-м столетии механистическую картину мира физики дополнили электромагнитной. Появлению электромагнитной теории Д. К. Максвелла, предшествовали работы многих ученых, среди них основное значение имели работы придворного врача английской королевы У. Гилберта (1540-1603), датского ученого Г. Эрстеда (1777-1851) и, особенно, цикл экспериментальных работ М. Фарадея (1791-1867). Как сегодня считают, именно экспериментальные данные М. Фарадея послужили основой для создания Максвеллом строгой теории электромагнетизма. Она не только объяснила и обобщила известные к тому времени явления, но и предсказала новые. В частности, из математической модели Максвелла следовало, что переменное электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн с конечной скоростью. В своей научной работе (Трактат об электричестве и магнетизме, 1871) Максвелл также посвятил целый раздел электромагнитной теории света. Сегодня все эти теории называются классическими. Вера в классические теории была так велика, что ученые, даже в начале 20-го века, заявляли об открытии всех основных законов и те небольшие недостатки, которые они имели, легко могли быть исправлены. Ньютон и его современники были убеждены, что время, как и пространство абсолютны и их свойства во всех уголках космоса неизменны и одинаковы.

В то же время хорошо известно, что любые теории справедливы лишь в определенных пределах, т. е. распространяются на ограниченное число явлений, за которыми их выводы могут быть несправедливыми. Именно так обстояло дело с классической теорией Ньютона, она была справедлива лишь для тел обычных размеров, двигающихся с привычными для нашего практического опыта скоростями. Попытки применить классические законы движения в мире атомов, оказалось неприемлемыми. Теория Ньютона в микромире не работала.