Министерство сельского хозяйства

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

С.В. Макарычев, Т.В. Лобанова

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ

И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Часть I

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим советом по почвоведению

при УМО по классическому университетскому образованию

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению высшего профессионального образования

020700 «Почвоведение»

Барнаул

Издательство АГАУ

2014

УДК 5:167/168

Рецензенты – докт. пед. наук, канд. физ.-мат. наук, профессор, декан физического факультета АлтГПА А.В. Овчаров;

докт. геогр. наук, профессор, декан географического факультета, зав. кафедрой природопользования АлтГУ Г.Я. Барышников.

Макарычев С.В. Фундаментальные законы и концепции естествознания: учебное пособие / С.В. Макарычев, Т.В. Лобанова. – Изд. 2-е, доп. и пер.- Барнаул: Изд-во АГАУ, 2014. с.

В учебном издании освещаются важнейшие фундаментальные законы физики и концепции современного естествознания, имеющие важное значение для формирования общекультурных и профессиональных компетенций.

Предназначено для изучения дисциплины «Концепции современного естествознания» для бакалавров, обучающихся по направлениям «Государственное и муниципальное управление», «Менеджмент», «Товароведение», а также преподавателей высших учебных заведений преподавателей высших учебных заведений и всех интересующихся концепциями современного естествознания и философскими проблемами мироздания.

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета природообустройства АГАУ (протокол № от 2014 г.).

 Макарычев С.В., Лобанова Т.В., 2014

 ФГОУ ВПО АГАУ, 2014

 Издательство АГАУ, 2014

Содержание

Введение 5

РАЗДЕЛ I

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ 7

Глава 1. Развитие естественно-научных картин мира

и научных исследовательских программ 7

Глава 2. Развитие представлений о материи, движении,

пространстве и времени 20

2.1. Материальность мира.

Развитие представлений о материи и движении 20

2.2. Эволюция представлений о пространстве и времени 23

Глава 3. Структурные уровни

и системная организация материи 31

3.1. Вселенная: микро-, макро- и мегамир 31

3.2. Структуры микромира 33

3.3. Процессы в микромире 46

Глава 4. Смена физических картин мира 56

4.1. Механистическая картина мира 56

4.2. Электромагнитная картина мира 62

4.3. Квантово-полевая картина мира 66

4.4. Детерминистическое описание мира.

Динамические закономерности в природе.

Вероятностные и статистические законы 75

4.5. Необходимость и случайность.

Принцип причинности и соответствия 80

4.6. Квантово-механическая концепция на современном уровне….82

Глава 5. Концепция относительности

пространства и времени 89

5.1. Специальная теория относительности (СТО) 89

5.2. Общая теория относительности (ОТО) 92

5.3. Современная естественно-научная картина мира 95

5.4. Фундаментальные взаимодействия 96

Глава 6. Принципы симметрии и законы сохранения 98

Глава 7. Статистические и термодинамические свойства

макросистем 103

7.1. История развития представлений о природе тепловых явлений

и свойств макросистем. Термодинамика 103

7.2. Статистические свойства макросистем.

Основные положения молекулярно-кинетической теории 111

РАЗДЕЛ II

КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

ВСЕЛЕННОЙ (МЕГАМИР) 115

Глава 1. Вселенная 115

1.1. Исследование Вселенной. Астрофизика 115

1.2. Космонавтика 121

Глав 2. Структура метагалактики 123

2.1. Галактики 126

2.2. Звезды 132

Глава 3. Эволюция представлений

о космологической модели Вселенной 140

3.1. Особенности развития современной космологии 140

3.2. Модель Вселенной 143

Глава 4. Солнечная система 151

4.1. Формирование и эволюция Солнечной системы 153

4.2. Солнце 156

4.3. Состав Солнечной системы 159

Глава 5. Геологическая эволюция 189

5.1. Земля как планета,

ее отличия от других планет земной группы 189

5.2. Атмосфера Земли, ее структура и химический состав 199

5.3. Климат, погода и ее прогнозирование 205

5.4. Гидросфера Земли 215

Глава 6. Взаимосвязь космоса и живой природы 224

Заключение 231

Библиографический список 232

Глоссарий 233

Именной указатель 249

Основные сокращения и обозначения 254

Приложения 255

ВВЕДЕНИЕ

Естествознание – система наук о природе или естественных наук, взятых в их взаимной связи как целое. Является естественно-научным фундаментом философского материализма и диалектического понимания природы.

Современное естествознание базируется на таких науках, как физика, химия, биология, география, астрономия, математика, экология, а также на смежных, в частности, на физической химии, биофизике, биохимии и т.п.

Итак, объектом комплекса естественных наук является природа во всех ее проявлениях – от Вселенной до микромира, существующих в пространстве и времени. В то же время она как объект естествознания рассматривается не абстрактно, вне деятельности человека, а конкретно: как находящаяся во взаимодействии с обществом. Таким образом, естествознание находит наиболее общие закономерности и тенденции и дает обобщенную оценку предметам и явлениям.

В названии данного курса следует обратить внимание на слова «концепции» и «современного». Смысл первого понятия в том, что в рамках курса невозможно охватить все естественно-научные знания. Поэтому излагаются только концепции – основные точки зрения на наиболее важные вопросы, изучаемые естественными науками. «Современное естествознание» означает то, что речь идет именно о современных взглядах на функционирование окружающей природы, поскольку в процессе эволюции человечества взгляды на окружающий мир менялись – от мифологическо-религиозных до современных, проверенных наукой.

В учебном пособии даны физические концепции естествознания. Физика составляет его основу. Понятие «фюзис» появилось еще в древние времена и в переводе с греческого означает «природа». «Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира», – считал А. Эйнштейн (1879-1955), т.е. одной из главных задач физики является изучение, как простых явлений природы, так и самых общих.

Под самым простым явлением обычно принято понимать первичные объекты микромира (молекулы, атомы, элементарные частицы) и макромира (поля), а под самым общим – движение, пространство, время, энергию.

Физика изучает разнообразные явления и объекты природы, и при этом сложное сводится к простому, конкретное – к общему. Так устанавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается в нашей Вселенной. В этом заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной науки.

Когда-то натурфилософия породила физику, а физика выросла из потребностей механики. Техника, в свою очередь, определила направление физических исследований. В конечном счете, физика – это основная база для создания наукоемких технологий и новых средств производства.

Она, в свою очередь, тесно связана с философией. Научные открытия служат реальной почвой для многих философов, что в итоге ведет к формированию естественно-научного мировоззрения.

Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика – часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве.

В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях, поскольку во многих случаях условия, в которых находится вещество во Вселенной, отличаются от доступных современным лабораториям (сверхвысокие и сверхнизкие плотности, высокая температура и т.д.). В то же время астрофизические исследования приводят к открытию новых физических закономерностей.

Значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной – состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях ее расширения, включая наиболее ранние.