Международная Академия Наук Сан-Марино

Европейский Университет Права Justo

Е.Р. Разумова

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Москва

2004

Международная Академия Наук Сан-Марино

Европейский Университет Права Justo

Посвящается

моему первому химику

Анне Григорьевне Ашкинази

Е.Р. Разумова

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебно-методическое пособие

Москва

2004

2

Автор-составитель: Разумова Елена Ростиславовна, кан-

дидат химических наук, старший на-

учный сотрудник, профессор

Разумова Е.Р. Концепции современного естествозна-

ния: Учебно-методическое пособие. М.: ЕУП Justo, 2004,

81 с.

Данное учебно-методическое пособие предназначено для студен-

тов всех форм обучения по специальностям и направлениям гумани-

тарного профиля: «Юриспруденция», «Экономика», «Менеджмент».

© Разумова Е.Р., 2004.

© ЕУП Justo, 2004.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...................................................................................................... 4

Организационно-методическая часть ..................................................... 4

Тематика курса .......................................................................................... 6

Тема 1. Естественнонаучная и гуманитарная культура.

Панорама современной науки, ее история и периоды........ 6

Тема 2. Методы и ступени научных исследований.......................... 10

Тема 3. Классическая механика (макромир).................................... 13

Тема 4. Электромагнетизм. Поля и волны (макромир) ................. 16

Тема 5. Закон сохранения энергии в макромире.

Термодинамика. Состояния вещества................................. 19

Тема 6. Концепции квантовой механики. Ядерная физика.

Радиоактивность. Ядерная энергия (микромир) .............. 22

Тема 7. Теория относительности А. Эйнштейна (мегамир)........... 29

Тема 8. Строение и эволюция Вселенной (мегамир).

Солнечная система ................................................................ 32

Тема 9. Строение материи и структурные уровни

ее организации. Корпускулярная и континуальная

концепции описания природы ............................................. 36

Тема 10. Науки о Земле. Геосферные оболочки Земли.................. 38

Тема 11. Химические науки............................................................... 43

Тема 12. Особенности биологического уровня организации

материи ................................................................................... 48

Тема 13. Биологическая эволюция и генетика ............................... 54

Тема 14. Гипотезы происхождения органической

жизни на Земле...................................................................... 58

Тема 15. Происхождение и эволюция человека.

Психика, мозг, сознание. Гелиобиология. Этнология....... 61

Тема 16. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ноосфера............. 66

Тема 17. Основные понятия и законы экологии.

Глобальный экологический кризис конца ХХ в................. 70

Тема 18. Итоги развития естественных наук в ХХ веке................. 74

Заключение............................................................................................... 76

Рекомендуемая литература по курсу

«Концепции современного естествознания»......................................... 78

Разумова Е.Р.

4

Введение

Естествознание – это система взаимосвязанных наук о природе.

Именно естествознание явилось основой научно-технической рево-

люции (НТР), определившей лицо ушедшего ХХ века. В свою оче-

редь, три связанных между собой блока наук – естественных, техни-

ческих и гуманитарных – образуют часть культуры человечества,

которую в целом именуют наукой. До недавнего времени было при-

нято традиционно противопоставлять естественнонаучную и гумани-

тарную культуру, их считали антиподами, находили принципиаль-

ные различия. Но природа едина, человек принадлежит и природе,

и обществу, поэтому по мере развития общества становилась все бо-

лее очевидной надуманность такого противопоставления. К концу

ХХ века наметилась противоположная тенденция. Рациональный

естественнонаучный подход все глубже стал проникать в гуманитар-

ную сферу и все в большей степени влиять на общественное созна-

ние. Идея гармоничного синтеза ранее противостоящих друг другу

естественных и гуманитарных наук стала созвучной потребностям

современного общества в целостном едином миропонимании.

Данный курс не является механическим соединением традицион-

ных курсов физики, химии, наук о Земле и биологии, а является по-

пыткой междисциплинарного синтеза на основе общеметодологиче-

ского и эволюционного подходов к изучению естественных наук. В

этом курсе не предусмотрено использование сложных математиче-

ских, физических или химических выкладок и формул; обсуждение

большей части вопросов ограничивается основными понятиями,

идеями и проблемами. При изложении материала автор всегда оста-

навливается на персоналиях, т.е. излагает не только фактические

данные, но также приводит краткий рассказ о творцах науки и их

судьбах. Наконец, в ходе изложения постоянно подчеркивается роль

российских ученых и их вклад в мировую науку.

Организационно-методическая часть

Курс «Концепции современного естествознания» изучается студен-

тами на 1-м курсе во 2-м семестре или на 2-м курсе в 3-м семестре

после освоения курса высшей математики. Изложение рассчитано на

Концепции современного естествознания

5

выпускника средней общеобразовательной школы, ведется на дос-

тупном для него языке и опирается на минимальные базовые знания

по физике, химии, географии и биологии.

Основные цели и задачи курса:

1. Ознакомление с иерархией природных объектов и систем, с

фундаментальными законами природы.

2. Понимание задач и возможностей естественнонаучных методов

исследования и расширения этих методов в область гуманитарных

наук.

3. Формирование представлений о современной физической кар-

тине мира как основы понимания целостности природы.

4. Осознание места человека на Земле и во Вселенной, взаимосвя-

зи человека с биосферой и Космосом.

5. Понимание современных проблем экологии и соотношения эко-

логии и экономики в их неразрывной связи с основными законами

природы.

6. Понимание необходимости взаимного обогащения естественно-

научной и гуманитарной культур для воспитания гармонично раз-

витого специалиста XXI века.

В результате изучения данного курса студенты должны ЗНАТЬ:

1. Что такое наука, чем она отличается от других областей культу-

ры.

2. В чем отличие естествознания от гуманитарных наук.

3. Какие методы выработало естествознание и как их внедрить в

сферу гуманитарных наук.

4. В чем противоположность научного и религиозного мировоззре-

ния.

5. Каковы формы существования и строения материи.

6. В чем суть глобального экологического кризиса конца ХХ века и

каковы пути выхода из него;

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ:

1. О микро-, макро- и мегамирах и описывающих их разделах нау-

ки.

2. О хаосе и порядке в природе, энтропии и синергетике.

3. О строении и эволюции Вселенной.

4. О геологическом строении Земли и происхождении континентов.

5. О роли и месте химических наук в естественнонаучной картине

мира.

Разумова Е.Р.

6

6. Об особенностях биологического уровня организации материи.

7. О месте человека на Земле и во Вселенной;

УМЕТЬ:

1. Различать научный и псевдонаучный подходы к дискуссионным

научным проблемам (НЛО и внеземные цивилизации, биополе и

возможности человеческой психики).

2. Обосновывать отношение к этическим аспектам научных вопро-

сов (ответственность ученого за судьбу своих открытий: разработка

ядерного оружия, клонирование живых организмов, загрязнение

биосферы).

Тематика курса

Тема 1.

Естественнонаучная и гуманитарная культура.

Панорама современной науки,

ее история и периоды

Наука – часть общечеловеческой культуры. Культура – это все, что

создано человеком (в отличие от природы, существующей независимо

от воли человека). Более узкое определение науки – это особый спо-

соб познания окружающего мира, основанный на эмпирической про-

верке или математическом доказательстве.

Дифференциация наук. Науки подразделяются на естественные,

изучающие законы природы, технические, создающие приборы и ин-

струменты для познания природных явлений и облегчения челове-

ческого бытия, и гуманитарные, изучающие законы существования и

развития человеческого общества. Появилось большое число погра-

ничных научных дисциплин. К концу ХХ в. в мире насчитывалось

около 15 тысяч различных наук и был открыт закон экспоненциаль-

ного развития науки: со временем человеческие знания возрастают

по экспоненте. Внутри каждого раздела науки также идет огромный

поток информации, и, соответственно, должна возрастать доля насе-

ления, занятая научной работой; однако со временем она будет со-

кращаться, поскольку техническую часть обработки научных резуль-

татов возьмет на себя компьютер.

Концепции современного естествознания

7

В дальнейшем дифференциация наук постепенно сменится на

интеграцию (по существу, этот процесс начался уже в конце ХХ ве-

ка). В этом огромную роль будут играть математика и информатика.

Природа едина, а наука фрагментарна, поэтому ее компьютеризация

со временем будет способствовать созданию единой картины мира:

обрабатывать и систематизировать полученную информацию ком-

пьютер сможет гораздо лучше, чем человеческий мозг. Математика

родилась из необходимости краткого, объективного описания законов

природы и превратилась в своеобразный язык науки, на котором

сначала заговорили естественные и технические, а затем и гумани-

тарные науки.

История науки и ее периоды

Первый период – эмпирический, накопительный – продолжался

все древние и средние века вплоть до XVI в. и считается аристотеле-

вым. Геоцентрическая модель мироздания Аристотеля – Птолемея

(неподвижная Земля в центре Вселенной, вокруг которой по слож-

ным сферическим орбитам вращаются все остальные светила) была

первой попыткой осмыслить и объяснить окружающий мир. Она не

вызывала сомнений вплоть до XVI века, т.е. продержалась 20 веков.

(Аристотель жил в IV в до н.э.). Он был также первым в истории био-

логом; кроме того, им выдвинута идея континуума – непрерывности

мироздания. Живший несколько ранее Демокрит (V в до н. э.) впер-

вые предположил, что вещества состоят из мельчайших неделимых

частиц – атомов. Это была гениальная догадка: никаких приборов и

инструментов еще не было. Творившие далее в эпоху эллинизма Ар-

химед, автор закона о выталкивающей силе, создатель многих меха-

низмов и машин, Евклид с его изумляющей наших современников

геометрией на плоскости, древнегреческий врач Гиппократ – это дет-

ство науки. Эксперимента и теории еще нет, все основано на наблю-

дениях и гениальных озарениях. В средние века ученые, называв-

шие себя алхимиками, искали «философский камень», превращаю-

щий все металлы в золото. Камень, разумеется, не нашли, но нако-

пили огромный экспериментальный материал, позволивший создать

современную неорганическую химию.

Второй период – XVI – XX вв. – связан с именем великого И. Нью-

тона. Начался он с польского астронома Н. Коперника, который на

основании наблюдений опроверг геоцентрическую модель мирозда-

ния Аристотеля – Птолемея и предложил гелиоцентрическую модель

Разумова Е.Р.

8

Солнечной системы: все известные в то время семь планет вращают-

ся вокруг Солнца. Это была первая революция в физике. Появление

работы Коперника вызвало резкую конфронтацию науки и римско-

католической церкви, принявшей в свое время геоцентрическую мо-

дель язычника Аристотеля. Труд Коперника был запрещен инкви-

зицией. Тем не менее (а может быть и благодаря запрету), его идеи

стали известны в Европе. Доминиканский монах Дж. Бруно полно-

стью согласился с Коперником и выдвинул идею множественности

миров: каждая звезда, как и Солнце – самостоятельный мир и может

иметь свою планетную систему, а Солнце вовсе не центр мирозда-

ния, а рядовая звезда средней величины. Инквизиция жестоко рас-

правилась с Дж. Бруно: в 1600 г. он был сожжен на костре на площа-

ди Цветов в Риме. В тюрьму инквизиции был заключен и итальян-

ский ученый Г. Галилей. У него, так же как у Дж. Бруно, потребова-

ли отречения от своих идей. Галилей не хотел умирать. подписал

отречение, но, как свидетельствует легенда, выйдя из подвалов

тюрьмы, топнул ногой и произнес знаменитую фразу: «А все-таки она

вертится». Галилей сформулировал принцип относительности, кото-

рый через триста лет использовал в своей теории А.Эйнштейн: во

всех инерциальных системах отсчета ВСЕ законы природы одинако-

вы, и если движение тела можно описать в какой-то определенной

системе координат, то его также можно описать в любой другой сис-

теме, движущейся прямолинейно и равномерно относительно пер-

вой. Иными словами, находясь внутри системы, невозможно разли-

чить состояние покоя и прямолинейного равномерного движения.

Немецкий астроном И. Кеплер открыл законы движения планет во-

круг Солнца. Но, несомненно, центральной фигурой второго периода

был великий англичанин И. Ньютон, создавший классическую ме-

ханику, изучавший природу света и предложивший его корпуску-

лярную теорию, а также создавший основы высшей математики. В

этот период происходит интенсивная математизация науки, появля-

ется эксперимент (его впервые использовал Г. Галилей) и множество

теорий. Именно в это время была создана вся классическая наука.

Ньютон осуществил вторую революцию в физике.

Третий период – ХХ век – это век научно-технической революции

(НТР). Естественные и технические науки настолько тесно сплелись,

что существование одного блока стало невозможно без другого. На

рубеже XIX и ХХ веков произошла третья революция в физике, свя-

занная с тем, что классическая физика не могла объяснить ряд экс-

периментальных открытий, сделанных в конце XIX века. Централь-

Концепции современного естествознания

9

ной фигурой этого периода является А. Эйнштейн. Никогда еще

наука не играла такой важной роли в жизни человечества, никогда

ранее ее достижения не были столь актуальны для его настоящего и

будущего. Выяснилось, что наука принесла человечеству не только

несомненную пользу (выход в Космос, ядерная энергия, полимеры,

победа над многими болезнями), но столь же несомненный вред

(гонку ядерных вооружений, глобальный экологический кризис), хо-

тя в этом отношении ее вину можно рассматривать как косвенную.

Четвертый период – конец ХХ – начало XXI в. условно можно обо-

значить как век информации и биологии. Человечество еще только

входит в этот период. Основоположник информатики, этого любимого

детища современной математики, Н. Винер жил и трудился в ХХ

веке, а центральная фигура четвертого периода, возможно, еще толь-

ко учится ходить и произносить первые слова.

Естествознание – это четыре взаимосвязанных блока наук, изу-

чающих законы природы: физика и примыкающая к ней астроно-

мия, химия, науки о Земле и биология.

Физика исследует физические тела, их состояние и движение, а

также различные поля: гравитационное, электромагнитное и др. Ес-

ли физическое тело находится за пределами Земного шара, его изу-

чает астрономия.

Предметом исследования химии являются вещества, из которых

состоят физические тела, их свойства и превращения друг в друга,

называемые химическими реакциями. Несомненной заслугой химии

в ХХ веке является получение веществ, не созданных природой: но-

вых материалов, лекарственных препаратов и т.д.

Науки о Земле изучают нашу планету, ее геосферные оболочки:

литосферу – твердую оболочку Земли, гидросферу и атмосферу – вод-

ную и воздушную оболочки соответственно. География исследует

поверхность Земного шара, а геология – его недра. Прикладная гео-

логия занята поисками полезных ископаемых.

Четвертый блок – биология и примыкающая к ней медицина – за-

нимаются исследованием всех живых организмов Земли. Медицину

часто называют наукой о человеческих болезнях. Это неверно. Ме-

дицина – это наука о здоровье человека и способах его сохранения.

Разумова Е.Р.

10

Научное и религиозное мировоззрение

Религия, так же, как и наука, является частью общечеловеческой

культуры. Взаимоотношения науки и религии в разные историче-

ские эпохи были различными. Подчас эти области культуры твори-

лись одними и теми же людьми: в древности самыми образованными

были жрецы, в средние века – монахи. Иногда наступали периоды

острой конфронтации. Самый яркий пример такой конфронтации –

действия римско-католической церкви и ее карательного органа –

инквизиции – против «еретиков», среди которых было немало пред-

ставителей науки. Главное различие научного и религиозного миро-

воззрения в том, что любая научная истина всегда требует доказа-

тельства, тогда как любая религиозная доктрина основана исключи-

тельно на вере.

Таким образом, современная наука, достижения и успехи которой

неоспоримы, имеет богатейшую предысторию и непростую внутрен-

нюю структуру.

Контрольные вопросы по Теме 1:

1. Что такое наука?

2. Какое место в науке занимает естествознание?

3. На какие периоды можно разделить историю науки?

Литература 21, 22, 23.