Зарипова Концепции
.pdf
Концепции современного естествознания
Электронный учебник
Р.С. Зарипова
УДК 50 (075.8)
ББК 20я 73
Рецензенты:
канд. биол.наук, профессор Самигуллин Г.Х. канд. геогр. наук, доц. Чернышова Т.Н. канд. хим.наук, доцент Газизов И.Г.
канд. физ-мат.наук, доцент Тулвинский В.Б.
Зарипова Р.С.
Концепции современного естествознания / составитель Р.С.Зарипова; Набережные Челны,
2008.
Учебник предназначен для студентов гуманитарных специальностей, изучающих концепции современного естествознания. Освещаются важнейшие принципы и концепции современного естествознания, влияющие на формирование научной картины и расширяющие кругозор. Учебник может быть полезен широкому кругу лиц, интересующимся мировоззренческими и теоретико-познавательными проблемами естествознания и философии.
Учебник подготовлен в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования.
© Р.С.Зарипова, 2008
2
Оглавление |
|
Предисловие................................................................................................................................... |
6 |
Глава 1. Наука, методы ................................................................................................................. |
7 |
Место науки в современной культуре ..................................................................................... |
7 |
Черты современной науки......................................................................................................... |
8 |
Подразделения современной науки ......................................................................................... |
8 |
Методы и структура научного познания ............................................................................... |
10 |
Предмет и задачи курса концепции современного естествознания ................................... |
15 |
Уровни развития познания природы естествознанием ........................................................ |
16 |
Глава 2. Развитие естествознания .............................................................................................. |
16 |
Античная натурфилософия ..................................................................................................... |
17 |
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира ........................................ |
19 |
Формирование механической картины мира (МКМ)........................................................... |
22 |
Глава 3. Становление современной естественно-научной картины мира ............................. |
26 |
Концепции классического естествознания: электромагнитная концепция ....................... |
26 |
Концепции современной физики: квантово-механическая концепция описания |
|
микромира ................................................................................................................................ |
27 |
Становление современной естественно-научной картины мира ........................................ |
28 |
Атомистическая концепция строения материи..................................................................... |
29 |
Классификация элементарных частиц ................................................................................... |
34 |
Глава 4. Концепции относительности пространства и времени ............................................. |
37 |
Пространство и время, основные понятия ............................................................................ |
37 |
Взаимосвязь пространства и времени. Специальная теория относительности ................. |
40 |
Общая теория относительности. Принцип эквивалентности .............................................. |
43 |
Глава 5. Концепции вещества и энергии................................................................................... |
49 |
Вещество и его состояния ....................................................................................................... |
49 |
Энергия и ее проявления в природе....................................................................................... |
51 |
Законы сохранения в природе ................................................................................................ |
51 |
Законы сохранения и принципы симметрии ......................................................................... |
54 |
Глава 6. Концепции современной химии: СОСТАВ, СТРУКТУРА и |
|
ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ.................................................................................... |
59 |
Концептуальные уровни в познании веществ....................................................................... |
59 |
Состав вещества и химические системы ............................................................................... |
60 |
Структура вещества и его свойства ....................................................................................... |
64 |
Химические процессы ............................................................................................................. |
66 |
Эволюция химических систем и перспективы химии.......................................................... |
69 |
Глава 7. Структурное строение материального мира .............................................................. |
72 |
Краткая характеристика структурных уровней. Микромир и макромир ........................... |
72 |
МЕГАМИР: основные астрофизические и космологические концепции.......................... |
74 |
Глава 8. Концепции о происхождении и строении Солнечной системы .............................. |
85 |
Общие сведения о нашей галактике....................................................................................... |
85 |
3
Основные факты о Солнечной системе ................................................................................. |
86 |
Гипотезы происхождения Солнечной системы .................................................................... |
86 |
Земля как планета и природное тело ..................................................................................... |
89 |
Концепция тектоники литосферных плит (мобилизм) ........................................................ |
93 |
Глава 9. Статистические и термодинамические свойства макросистем. Концепция |
|
молекулярно-кинетического взаимодействия .......................................................................... |
94 |
Основные положения молекулярно-кинетической концепции........................................... |
94 |
Основные законы классической (равновесной термодинамики) ........................................ |
95 |
Концепции эволюции реальных систем ................................................................................ |
97 |
Глава 10. Концепции появления живого на Земле ................................................................ |
103 |
Основные характеристики живого....................................................................................... |
103 |
Концепции происхождения жизни....................................................................................... |
104 |
Роль планеты Земля в развитии живого .............................................................................. |
109 |
Глава 11. Развитие жизни на Земле ......................................................................................... |
113 |
Основные этапы эволюции жизни на Земле. Геохронологическая шкала....................... |
113 |
Концепция антропогенеза ..................................................................................................... |
118 |
Непрерывное развитие или замещение................................................................................ |
121 |
Гоминидная триада ................................................................................................................ |
124 |
Глава 12. Дарвинизм и СТЭ...................................................................................................... |
126 |
Концепции эволюции ............................................................................................................ |
126 |
Теория эволюции Дарвина.................................................................................................... |
127 |
Синтетическая теория эволюции (СТЭ) .............................................................................. |
130 |
Основные вехи эволюционного развития организмов....................................................... |
132 |
Глава 13. Генетика..................................................................................................................... |
134 |
Уровни биологических структур.......................................................................................... |
134 |
Молекулярно-генетический уровень ................................................................................... |
134 |
Генетический код................................................................................................................... |
139 |
Программа "Геном человека" ............................................................................................... |
140 |
Генетическая инженерия и биотехнологии......................................................................... |
141 |
Глава 14. Клетка - структурная и функциональная единица живого ................................... |
145 |
История учения о клетке ....................................................................................................... |
145 |
Основные положения клеточной теории............................................................................. |
145 |
Строение клетки..................................................................................................................... |
146 |
Митоз ...................................................................................................................................... |
151 |
Глава 15. Концепции организации живых систем ................................................................. |
155 |
Популяционно-видовой уровень живого............................................................................. |
155 |
Биоценоз, биогеоценоз .......................................................................................................... |
155 |
Концепция биосферы ............................................................................................................ |
157 |
Основные положения учения о ноосфере. Человек и биосфера ....................................... |
159 |
Глава 16. Человек ...................................................................................................................... |
166 |
4
Особенности функционирования полушарий..................................................................... |
166 |
Истоки гениальности ............................................................................................................. |
170 |
Биологическое и социальное в человеке ............................................................................. |
173 |
Глава 17. Концепция «Гея-Земля» ........................................................................................... |
175 |
Возраст солнечной системы и гипотеза Геи ....................................................................... |
175 |
Чудеса симбиоза..................................................................................................................... |
176 |
Открытия, подтверждающие теорию Геи ........................................................................... |
179 |
Глава 18. Концепции самоорганизации и моделирования процессов в сложных системах |
|
..................................................................................................................................................... |
183 |
Возникновение упорядоченности. Понятия аттрактора и динамического хаоса. ............. |
183 |
Порядок и хаос в больших системах. Понятие фрактала .................................................. |
186 |
Представление о теории катастроф...................................................................................... |
188 |
Понятие бифуркации ............................................................................................................. |
189 |
Синергетика — новый научный метод. ............................................................................... |
189 |
Элементы теории самоорганизованной критичности ........................................................ |
190 |
Термины ..................................................................................................................................... |
193 |
Краткая хронология научных открытий ................................................................................. |
219 |
Тесты для повторения ............................................................................................................... |
225 |
Тематика рефератов «Биографические очерки и творчество великих ученых» ................ |
234 |
Литература ................................................................................................................................. |
236 |
5
Предисловие
Современная наука дифференцирована на большое количество специальных дисциплин, которые изучают отдельные стороны, процессы во Вселенной, создавая частичное знание о мире, и ни одна из них, взятая в отдельности, не в состоянии формировать научную картину мира.
«Концепции современного естествознания» - это курс, который представляет собой синтез философского, научного, экологического знания; курс, призванный показать место и значение естествознания в культуре, познакомить на уровне общих представлений с наиболее важными для понимания мира и человека в мире концепциями наук о природефизики, химии, биологии и других естественных наук.
Основной особенностью курса является то, что он охватывает чрезвычайно широкую предметную область при скромном объеме времени, отводимого на еѐ изучение. Методологическим стержнем курса является эволюционно-синергетическая парадигма. Особое внимание при изучении дисциплины следует уделить понятийному аппарату. Отсюда вытекает необходимость пояснения или уточнения смысла новых для студентов терминов и понятий. В предлагаемом учебнике содержится достаточно подробный словарь ключевых понятий и терминов, который позволит систематизировать и закрепить изучаемые вопросы. При трактовке конкретных понятий использованы современные учебники, энциклопедические и справочные издания, в том числе электронные материалы. Автор стремился добиться достаточной простоты изложения материала, несмотря на сложность рассматриваемых проблем.
Цель учебника – помочь студентам максимально эффективно усвоить учебную программу, заострить внимание на ключевых понятиях для наилучшего понимания и усвоения значительного объема информации, оптимизировать самостоятельную работу.
6
Глава 1. Наука, методы
Место науки в современной культуре
В историческом процессе определенный уровень развития общества и человека, его познавательные и творческие способности, а также его воздействие и взаимоотношение с окружающей природой определяется состоянием их культуры. В переводе с латинского культура (culture.) означает возделывание, воспитание, образование, развитие. В широком смысле слова культура — это все, что в отличие от данного природой создано человеком. Наука является одной из отраслей или разделов культуры (рис. 1.1).
Если в древности важное место в системе культуры занимала мистика, в античности — мифология, в Средневековье — религия, то можно утверждать, что в современном обществе доминирует влияние науки.
Наука, прежде всего, систематизированное познание действительности, воспроизводящее еѐ существенные и закономерные стороны в абстрактно-логической форме понятий, законов, теорий и т.д.
Наука отличается от других форм общественного сознания и культуры следующим:
-от мифологии тем, что стремится не к объяснению мира в целом, а формулирует законы развития природы. Миф возникает на разных этапах истории развития человечества, как повествование, сказание, фантастические образы которого (боги, легендарные герои, события и т. п.) были попыткой обобщить и объяснить различные явления природы и общества. Достаточно вспомнить мифических богов и героев у древних греков, чтобы представить содержание мифологии (Зевс — громовержец, Посейдон — бог морей, Афина — покровительница наук, Афродита
— богиня любви и т. д.);
-от мистики тем, что стремится не к слиянию с объектом исследования, а к его теоретическому пониманию. Мистика же возникла как элемент тайных образов религиозных обществ Древнего Востока и Запада. Главное в этих образах — это общение человека с богом или каким-либо другим таинственным существом.
7
Подобное общение, согласно мистике, достигается якобы через озарение, экстаз, откровение и т. д.;
-от религии тем, что разум и опора на чувствительную реальность в науке имеет большее значение, чем вера. В науке преобладает разум, но в ней также имеет место вера в познавательные возможности разума, и интуиция, особенно при формировании гипотез. Наука может сосуществовать с религией, поскольку внимание этих отраслей культуры устремлено на разные вещи: в науке — на эмпирическую реальность, в религии — преимущественно на внечувственное (вера). В отличие от научного мировоззрения, религиозное мировоззрение выражается в общении с "божеством", со сверхъестественным при помощи молитв, таинств, святынь, символов. Оно основано на молитвенном и жертвенном отношении к сверхъестественному, признание которого всегда скрыто в глубинах мировых религий;
-от философии тем, что ее выводы допускают эмпирическую проверку;
-от искусства отличается своей рациональностью, не останавливающейся на уровне образов, а доведенной до уровня теорий. Искусство представляет собой одну из форм общественного сознания, которая отражает действительность в художественных образах;
-от идеологии тем, что ее истины общезначимы и не зависят от интересов определенных слоев общества;
-от техники тем, что наука нацелена не на использование полученных знаний, а на само познание мира.
Черты современной науки
1.Наука общезначима, то есть полученные знания пригодны для всех людей на Земле.
2.Язык науки – формулы и символы, которые понятны всем вне зависимости от национальности и языка.
3.В любом научном исследовании присутствуют элемент незавершенности – Никогда нельзя знать до конца. Нет абсолютной истины!
4.Наука внеморальна. Все, что исследуется морально и этически нейтрально. Учѐный морален и отвечает за своѐ исследование.
5.Преемственность. Новые знания всегда соотносятся со старыми.
6.Наука достоверна: все научные выводы проходят неоднократную теоретическую и практическую проверку.
Подразделения современной науки
По предметному своеобразию все науки делятся на три большие группы:
1.Естественные – физика, химия, биология и др.- охватывает все доступные человеку природные процессы, протекающие независимо от воли и сознания людей.
2. Общественные науки делятся на социально-научные (политология, экономика, социология, демография, антропология, этнология) и гуманитарные (философия, история, филология, культурология, правоведение, педагогика и пр.). Социально-
8
научные знания базируются на стандартах естественных наук. Они стараются изучать социальную реальность как внешний объект. Эти науки имеют дело с количественными характеристиками , применяют математически выразимые методы исследования, добиваются однозначной интерпретации эмпирического материала. Гуманитарные же знания субъективны. Эмпирической базой гуманитарных наук является текст, интерпретации которого во многом зависят от личности автора.
3.Технические науки – электроника, энергетика, радиотехника, металлургия, материаловедение и дризучают процессуальные стороны человеческой деятельности.
Естественные науки направлены на познание природы. Технические науки направлены на преобразование природы.
Науки
Фундаментальные |
|
Прикладные |
|
|
|
Естественные
О природе (физика, химия, биология, геология, астрономия и пр.
|
Общественные |
|
|
Технические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Социально- |
|
|
|
|
||
|
Гуманитарные |
|||||
научные |
|
|||||
|
(философия, |
|||||
(политология, |
|
|||||
|
история, филология, |
|||||
экономика, |
|
|||||
|
культурология, |
|||||
социология, |
|
|||||
|
педагогика и пр.) |
|||||
антропология, |
|
|||||
|
|
|
|
|||
психология и пр.) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.2. Классификация наук
Фундаментальные науки направлены на изучение базисных структур мира: физика, химия, астрономия, биология. Прикладные науки направлены на решение практических задач по результатам фундаментальных исследований. Теоретические прикладные направлены на изучение научно-теоретических вопросов (Физика металлов, физика полупроводников). Практические прикладные направлены на решение прикладных задач (Металловедение, полупроводниковая технология).
Фундаментальные проблемы – проблемы, возникающие внутри самой науки, и разработка этих проблем поднимает науку на более высокий уровень развития, но извне может не требоваться.
Прикладные науки – основаны на требованиях извне.
9
Только фундаментальные исследования двигают науку вперед. Развитие науки определяется внутренними и внешними факторами.
Внутренние – динамика развития самой науки внутри себя. Скачкообразность развития науки (внутренний фактор).
Внешние – влияние государственной системы. Государство часто тормозит развитие науки.
Развитие науки
Внутренние факторы |
|
Внешние факторы |
|
|
|
Динамика |
развития |
|
1. Влияние государства |
|
науки |
|
|
2. |
Экономические условия |
|
|
|
3. |
Культурные параметры |
|
|
|
4. |
Национальные условия |
|
|
|
5. |
Ценностные установки |
|
|
|
|
|
Рис. 1.3. Факторы, влияющие на развитие науки.
Методы и структура научного познания
Метод есть совокупность правил, приемов познавательной и практической деятельности, обусловленных природой и закономерностями исследуемого объекта.
Таких правил и приемов существует великое множество. Часть из них опирается на обычную практику обращения человека с предметами материального мира, другие предполагают более глубокое обоснование — теоретическое, научное. Научные методы
— это оборотная сторона теорий. Всякая теория объясняет, что собой представляет тот или иной фрагмент реальности. Но объясняя, она тем самым показывает, как с этой реальностью следует обращаться, что с ней можно и нужно делать. Теория как бы «сворачивается» в метод. В свою очередь метод, направляя и регулируя дальнейшую познавательную деятельность, способствует дальнейшему развертыванию и углублению знания. Человеческое знание, по существу, и приобрело научную форму именно тогда, когда «догадалось» отследить и сделать ясными методы своего появления на свет.
Современная система методов познания отличается высокой сложностью и дифференцированностью. Существует множество возможных способов классификации методов: по широте «охвата» реальности, по степени общности, по применимости на разных уровнях познания и т.д.
Самое простое разделение научных методов подразумевает распределение их по двум группам — общенаучные и специально-научные методы познания.
10