Оглавление

.1 Естествознание в системе науки и культуры 4

.1.1. Принципы, формы и методы научного познания 4

.1.1.1. Общие принципы научного познания 5

.1.1.2. Формы научного познания 5

.1.1.3. Методы научного исследования 6

.1.1.4. Особая роль математики в естествознании 7

.1.2. Естествознание и научная картина мира 7

.1.2.1. Понятие научной картины мира 7

.1.2.2. Историческая смена физических картин мира 7

.1.3. Панорама современного естествознания 8

.1.3.1. Естествознание в аспекте научно-технической революции 8

.1.3.2. Тенденции развития естествознания 8

.1.3.3. Проблема классификации наук 9

.2 ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 9

.2.1. Зарождение эмпирического научного знания 10

.2.2. Античная наука 10

.2.3. Александрийский период развития науки 12

.2.4. Развитие науки арабских и среднеазиатских народов в средние века 13

.2.5. Период схоластики 14

.2.6. Научная революция XVI–XVII вв. 15

.2.6.1. Революция в астрономии 15

.2.6.2. Экспериментальный метод Галилея 15

.2.6.3. Становление физики как самостоятельной науки 16

.2.6.4. Революция в математике 16

.2.7. Развитие научных методов в естествознании 17

.2.8. Развитие естествознания в ХVIII в. 18

.3 ФИЗИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 18

.3.1. Механистическая картина мира 18

.3.1.1. Принцип относительности Галилея 18

.3.1.2. Механика Ньютона 19

.3.1.3. Характерные особенности механистической картины мира 20

.3.2. Развитие концепций термодинамики и статистической физики 21

.3.2.1. Вещественная и корпускулярная теории теплоты 21

.3.2.2. Необратимость времени в термодинамике 21

.3.2.3. Первое и второе начала термодинамики 22

.3.2.4. Принцип возрастания энтропии, хаос и порядок 23

.3.2.5. Статистический подход к описанию макросистем 23

.3.3. Развитие концепций электромагнитного поля 24

.3.3.1. "Экспериментальные исследования по электричеству" Фарадея 25

.3.3.2. Теория электромагнетизма Максвелла 25

.3.3.3. Корпускулярная и континуальная концепция описания природы 26

.3.3.4. Развитие представлений о свете 26

.3.3.5. Концепция дальнодействия и близкодействия 27

.3.4. Развитие концепций пространства и времени в специальной теории относительности 28

.3.4.1. Принцип относительности 28

.3.4.2. Преобразование Лоренца 29

.3.4.3. Релятивистская механика 29

.3.4.4. Четырехмерное пространство-время в специальной теории относительности 30

.3.4.5. Экспериментальное подтверждение специальной теории относительности 31

.3.5. Общая теория относительности 31

.3.5.1. Принцип эквивалентности 31

.3.5.2. Экспериментальное подтверждение общей теории относительности 32

.3.5.3. Философские выводы из теории относительности 33

.3.6. Симметрия пространства и времени и законы сохранения 33

.3.7. Мегамир в его многообразии и единстве 34

.3.7.1. Галактики и структура Вселенной 34

.3.7.2. Солнечная система 35

.3.7.3. Концепция расширения Вселенной 36

.3.7.4. Эволюция Вселенной 36

.3.7.5. Концепция большого взрыва 37

.3.8. Принципы организации микромира 38

.3.8.1. Развитие концепции атомизма 38

.3.8.2. Теория атома Бора – мост от классики к современности 39

.3.8.3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц 39

.3.8.4. Принцип неопределенности 40

.3.8.5. Принцип дополнительности 41

.3.8.6. Описание микрообъектов в квантовой механике 41

.3.8.7. Принцип суперпозиции 42

.3.8.8. Принцип тождественности 42

.3.8.9. Принципы причинности и соответствия в квантовой механике 43

.3.9. Фундаментальные взаимодействия в природе 43

.3.9.1. Гравитационное взаимодействие 43

.3.9.2. Электромагнитное взаимодействие 43

.3.9.3. Сильное взаимодействие 44

.3.9.4. Слабое взаимодействие 44

.3.10. Элементарные частицы 45

.3.10.1. Характеристики элементарных частиц 45

.3.10.2. Классификация элементарных частиц 45

.3.11. Структурные уровни организации материи 46

.4 РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКИХ КОНЦЕПЦИЙ 47

.4.1. Учение о составе вещества 47

.4.1.1. Первые представления о химическом элементе 47

.4.1.2. Закон постоянства состава 48

.4.1.3. Закон простых кратных отношений 48

.4.1.4. Гипотеза Авогадро 49

.4.1.5. Атомно-молекулярное учение 50

.4.1.6. Закон сохранения массы и энергии 50

.4.1.7. Периодический закон Менделеева 51

.4.1.8. Электронное строение атома 52

.4.2. Структура химических систем 54

.4.2.1. Теория химического строения Бутлерова 54

.4.2.2. Химическая связь 56

.4.3. Физико-химические закономерности протекания химических процессов 57

.4.3.1. Энергетика химических процессов 57

.4.3.2. Химическая кинетика 57

.4.3.3. Понятие о катализе и катализаторах 58

.4.3.4. Реакционная способность веществ 59

.4.3.5. Обратимые реакции и состояние химического равновесия 60

.4.3.6. Развитие химии экстремальных состояний 60

.5 Особенности биологического уровня организации материи 61

.5.1. Свойства живых систем 61

.5.2. Уровни организации живой природы 62

.5.2.1. Молекулярный уровень 62

.5.2.2. Клеточный уровень 62

.5.2.3. Органно-тканевый уровень 62

.5.2.4. Организменный уровень 62

.5.2.5. Популяционно-видовой уровень 63

.5.2.6. Биогеоценотический и биосферный уровни 63

.5.3. Клетка – структурная и функциональная единица живых организмов 63

.5.3.1. Клеточная теория 63

.5.3.2. Химический состав клеток 64

.5.3.3. Клеточные и неклеточные формы жизни 64

.5.4. Систематика живой природы 65

.5.5. Генетика 65

.5.5.1. Законы Менделя 66

.5.5.2. Хромосомная теория наследственности 66

.5.5.3. Изменчивость 67

.5.5.4. Генетика человека 68

.5.5.5. Генная инженерия и биоэтика 69

.5.6. Принципы эволюции живых систем 70

.5.6.1. Общее понятие прогресса и его проявление в живой природе 70

.5.6.2. Ламаркизм 70

.5.6.3. Дарвинизм. Эволюция путем естественного отбора 70

.5.6.4. Развитие дарвинизма. Основные факторы и движущие силы эволюции 71

.5.6.5. Доказательства эволюции живой природы 73

.5.7. Биохимическая эволюция 74

.5.7.1. Основные подходы к проблеме происхождения жизни 74

.5.7.2. Химическая эволюция 74

.5.7.3. Коацерватная стадия в процессе возникновения жизни 75

.5.7.4. Начальные этапы развития жизни на Земле 75

.5.8. Происхождение и эволюция человека 75

.5.8.1. Положение человека в системе животного мира 76

.5.8.2. Отряд приматов 77

.5.8.3. Происхождение человека 78

.5.8.4. Этапы эволюции человека 80

.5.9. Биосфера и человек 80

.5.9.1. Концептуальные подходы к изучению биосферы 80

.5.9.2. Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы 81

.5.9.3. Биогеохимические циклы в биосфере 82

.5.9.4. Эволюция биосферы 83

.5.9.5. Ноосфера. Путь к единой культуре. 83

.5.9.6. Охрана биосферы 84

.5.9.7. Влияние космоса на земные процессы 85

.6 Современная наука о человеке 86

.6.1. Здоровье и работоспособность человека 86

.6.2. Физиология человека 87

.6.3. Мозг и сознание 87

.6.3.1. Сознание – функция мозга 87

.6.3.2. Смерть мозга и морально-этические и правовые проблемы 88

.6.4. Структура субъективного мира человека 88

.6.4.1. Эмоции, чувства и интеллект 88

.6.4.2. Сознание и самосознание 89

.6.4.3. Сознательное и бессознательное 90

.6.4.4. Память 90

.6.4.5. Творчество 91

.7 Системный подход в естествознании 91

.7.1. Принципы эволюции систем 91

.7.2. Самоорганизация в живой и неживой природе 92

Заключение 93

Литература 94

ВВЕДЕНИЕ

Естествознание– это наука о природе как единой целостности, представляющая собой единую систему знаний, компоненты которой –естественные науки, тесно связаны и взаимообусловлены.

Проблемы, которые возникают в этой весьма обширной области познания, самые разнообразные – от устройства и происхождения Вселенной до познания молекулярных механизмов существования уникального Земного явления – жизни.

В настоящее время спектр научных исследований в естествознании необыкновенно широк. В систему естественных наук, помимо основных естественных наук: физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, включают междисциплинарные науки, стоящие на стыке нескольких традиционных наук (биофизику, биохимию, геофизику, астрофизику, геохимию и т.д.) и даже науки, стоящие на стыке между естественными и гуманитарными дисциплинами, например, психологию.

Зачем же следует изучать естествознание? Для того, чтобы четко представлять себе подлинное единство Природы – то единое основание, на котором построено все разнообразие предметов и явлений окружающего нас мира.

Отличием естествознания как науки от специальных естественных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выискивая наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу как бы сверху.

Знание основополагающих идей – концепций современного естествознания – поможет будущим специалистам гуманитарных направлений расширить кругозор и повысить научную грамотность, познакомившись с конкретными естественно -научными проблемами, понять и представить каких материальных и интеллектуальных затрат стоят современные исследования, позволяющие проникнуть внутрь микромира и освоить внеземное пространство, понять, как чрезвычайна велика проблема сохранения природы. Человек, обладающий хотя бы общими естественно -научными знаниями, будет действовать непременно так, чтобы польза от его деятельности сочеталась с бережным отношением к природе.

Таким образом, логичным шагом стало введение в гуманитарных учебных заведениях курса “Концепции современного естествознания”. Структура изложения этого курса в данном пособии такова. Весь курс разбит на семь глав.

В главе “Естествознание в системе науки и культуры” дается общая характеристика естествознания как составной части всей науки и всей человеческой культуры в целом, рассматривается методология естествознания, его связь с философией, отмечается особая роль математики в естествознании. Особое внимание уделяется тенденциям развития современного естествознания – соотношению между дифференциацией и интеграцией знания на современном этапе развития науки.

В главе “История естествознания” рассматриваются основные исторические этапы развития естествознания: от античных времен до начала XIX в. анализируется процесс возникновения естествознания от эмпирического знания до последовательной его теоретизации и становления самостоятельных научных дисциплин – математики, астрономии, физики.

В главе “Развитие физических концепций” рассматривается последовательность физических картин мира: механистическая картина (классическая механика Ньютона и термодинамика), электромагнитная картина (теория электромагнетизма Максвелла), релятивистская картина (теория относительности Эйнштейна) и квантовомеханическая картина микромира. Здесь анализируются космологические проблемы, рассматривается расширение Вселенной и концепция Большого Взрыва. В этом же разделе дается классификация фундаментальных взаимодействий и элементарных частиц.

В главе “Развитие химических концепций” рассматривается учение о составе вещества, излагаются стехиометрические законы, основные положения атомно-молекулярного учения, периодический закон Менделеева и электронное строение атома; анализируется также структура химических систем и излагаются основные положения теории химического строения Бутлерова и теории химической связи; рассматриваются физико-химические закономерности протекания химических процессов.

В главе “Особенности биологического уровня организации материи” в общих чертах представлена биологическая картина мира: рассматриваются свойства живых систем, уровни их организации, дается систематика живой природы. Здесь же рассматриваются закономерности биологической эволюции, современное понимание сущности жизни и ее происхождения на Земле, излагаются с общих позиций основы генетики, генной инженерии и биоэтики. Особое внимание уделяется учению Вернадского о биосфере – глобальном уровне организации живой природы.

В главе “Современная наука о человеке” анализируются современные представления о взаимосвязи сознания и мозга, роли сознательного и бессознательного в жизни человека, а также о здоровье и работоспособности человека как комплексной научной и социально-практической проблеме.

В главе “Системный подход в естествознании” основное внимание уделяется принципам эволюции систем и самоорганизации в живой и неживой природе.

Содержание предлагаемого учебного пособия призвано помочь студентам сформировать представление о целостной естественнонаучной картине Природы.