Глава 1. История развития естествознания

Учись и познавай! В превратностях судьбы

Познания твои – одно твое спасенье.

Кто знания щитом себя вооружил,

Тот в шуме бытия не знает треволненья.

Насир Хосров (1004 – 1072)

Естествознание – опытная наука о природе.

Классическими естественнонаучными дисциплинами являются физика, химия, биология.

Перечислим то, что не относится к естественнонаучным знаниям. Астрология, психокинез, колдовство, загробная жизнь, сверхъестественные явления, черная магия, телепатия, летающие тарелки, машина времени, магические пирамиды либо требуют введения сил и взаимодействий, с которыми никогда не сталкивались физики, либо нарушают основные законы физики. Список может быть продолжен. В этом нам активно помогают средства массовой информации.

Вспомогательная дисциплина – математика – инструментарий; биокибернетика (наука о системах управления живыми организмами).

Смежные дисциплины – физическая химия; химическая физика; биофизика; биохимия.

Общим предметом исследования естественных наук является материя и законы ее движения (развитие).

Материя имеет форму и способ существования. Способ существования материи – движение (развитие); формой существования материи является пространство- время (единая философская категория).

Цели и задачи курса

Процесс дифференциации естественных наук по мере развития научной мысли привел к выделению научных направлений, развивающих отдельные вопросы химии, физики, биологии и смежные области исследований (биофизика, биохимия, биокибернетика). Такое дробление научных знаний по мере движения в глубины мироздания было оправдано, однако при этом происходит потеря целостности восприятия Мира. Поэтому появилась тенденция к разработке обобщающих курсов (новая натурфилософия), курсов естествознания, базирующихся на общих, «вечных» вопросах естествознания: материя, движение, равновесие, пространство-время, колебания, циклы и т.д.

Целью настоящего курса является создание научного представления об окружающем Мире на основе изучения общих вопросов и идей естественных наук.

Задача данного курса состоит в изучении общих закономерностей естественнонаучных дисциплин, в их сравнении и анализе, а так же в изучении возникновения и развития научных представлений о закономерностях, действующих в Мире; изучении особенностей биологического уровня организации материи, достижений и проблем естествознания и цивилизации в целом.

1. История развития естествознания

Кто из нас не застывал в безмолвном восторге, глядя на осеннее ночное небо или рассматривая цветок, изящный и прелестный как произведение искусства, не задавал себе вопроса, как возник этот мир, что способствовало такому бесконечному его разнообразию, многообразию? Что его ждет в будущем? Ответить на эти и другие вопросы человечество пытается уже много веков, причем начало развития цивилизации постоянно отодвигается в глубь веков.

В 1896 году (год основания Томского политехнического университета) в Томске (за главным корпусом ТГУ) нашли древние останки человека (возраст порядка 100 тыс. лет).

Что люди знали и умели порядка 6 тыс. лет до н.э.? Использовали самородное золото в Египте и самородную медь в Азии.

5 тыс. лет до н.э. выплавляли медь в Китае и Индии, на Кипре выплавка меди осуществлялась 3 тыс. лет до н.э. Негры в Африке добывали железо за 2 тыс. лет до н.э. В Европе железо начали использовать за I тыс. лет до н.э.

4 тыс. лет назад существовал календарь и назывался Юлианский, который просуществовал до 1582 года (был заменен на Грегорианский).

Считается, что цивилизация приблизительно на одинаковом уровне развивалась в трех местах:

 в акватории Средиземного моря;

 Индии;

 Китае.

Каждая цивилизация шла своим путем.

Все науки развивались внутри одной общей науки – натуральной философии. Это название просуществовало до конца XVII в.

В 1687 году Ньютон опубликовал труд «Математические начала натуральной философии», следовательно он еще не выделял физику из натуральной философии.

Жителям Двуречья были уже известны квадратные уравнения и их решения.

Вавилонская геометрия содержит формулы для вычисления простых углов, объемов простейших фигур.

Из древних механизмов жители Двуречья владели воротом и рычагом. А также было известно золотое правило механики: отношение перемещений двух концов простой машины, к котором приложены силы, всегда обратно отношению сил, приложенным к этим концам. Или: «То, что мы выигрываем в силе, мы проигрываем в пути». Это правило выполняется точно при равномерном (без трения) движении.

В Древней Греции существовало несколько философских школ, влияние которых прослеживается не только в Греции, но и в Европе.

Основателем философских школ в Греции был Фалес Милетский (625–547 гг. до н.э.). Он ввел понятие первостихии (из чего все произошло). Он считал первостихией воду, а также он установил равенство углов в равнобедренном треугольнике, продолжительность года – 365 дней, ввел понятие диаметра круга.

В качестве первостихии ионийцы (греки, заселившие побережье Ионийского моря) ввели понятие первоматерии.

Приблизительно в VI в. до н.э. появились элементы диалектики – науки о развитии. Основные идеи диалектики были известны задолго до ее основания как науки. Обобщил сведения о диалектике Гераклит Эфесский в своем труде «О природе». В качестве первоматерии Эфесский считал огонь.

«Все течет – все меняется», «Ничто не вечно под луной» – эти высказывания Гераклита дошли до наших дней (Г. Эфесский, 530–470 гг. до н.э.).

Ученик Милетского – Пифагор – считал, что в основе всего лежат числа, что Вселенная – это гармония чисел. То, что Пифагор был во многом прав, стало известно только после открытия закона Менделеева, из которого следует, что свойства элементов, из которых состоит вещество Вселенной, зависит от числа частиц в атоме элемента и основных положений квантовой механики.

Школа Пифагора находилась на юге Италии в г. Кротоне, в ней воспитывались «Мудрецы». В этой школе Пифагор разговаривал с учениками, находясь при этом за занавеской в течение 3 лет. Ученикам не разрешалось разговаривать друг с другом.

Руководители философских школ не только обобщали и сообщали ученикам все известные им знания. Они пытались (например Пифагор, а затем Платон) создать наиболее хорошо организованные государства (по их представлениям). Это было возможно, т.к. в этих школах обучались тираны (правители государства).

Школа Пифагора оказала огромное влияние на последующие поколения, в частности, на школу Сократа (470–379 гг. до н.э.) и школу Платона (427–348 гг. до н.э).

Сократ говорил, что самое большое зло – невежество; самое большое добро – истина (знания). Он также высказывал идеи диалектики.

Платон – ученик Сократа и Пифагора, учитель Аристотеля (учитель А. Македонского).

Школа атомистов. Атомисты впервые высказали идею об атомарном строении вещества.

Атомисты (Демокрит; Эпикур – философ; Левкипп и Лукрецкий – поэты) ввели понятие атома – неделимой мельчайшей частицы вещества.

Демокрит написал труд «Мирострой». В этом труде Демокрит близко подошел к современным представлениям о строении вещества и происхождении жизни на Земле. В труде «Мирострой» он написал, что Мир состоит из частиц материи (атомов) и пустоты, а человек – дитя случая, зародившееся «в воде и иле».

Вопреки представлениям об Эпикуре и эпикурейцах, как о философах, жизнь которых направлена на получение удовольствия, Эпикур призывал к гармоничному подходу к жизни и не стремиться к удовольствию как к самоцели. Эпикур говорил: "Всегда имей в своей библиотеке новую книгу, в погребе – полную бутылку вина, в саду – свежий цветок".

Школа Аристотеля (384–322 гг. до н.э). Аристотель обобщил все предыдущие знания. Был во многом не согласен со своим учителем Платоном.

Учение Аристотеля во многом неверно.

В дальнейшем оно было подхвачено христианской церковью, стало догмой, т.е. застывшим, неразвивающимся учением.

Аристотель ввел понятия силы и скорости; все действия он делил на естественные и насильственные. В этом было много противоречий.

Аристотель представлял, что у каждого предмета есть свое место, – легкие стремятся вверх, тяжелые вниз.

Другой древнегреческий ученый Архимед (287–212 гг. до н.э) внес большой вклад в развитие механики (рис. 2, 3), статики, гидростатики (рис. 1, 4); усовершенствовал ворот; вычислил число  = 3,14; подсчитал площадь круга; построил спираль (рис. 3) (предполагается, что цивилизация развивается по этой спирали); решил задачу (по предположениям) движения тела, брошенного под углом к горизонту. На его счету более 40 изобретений.

Большой вклад в математику внес Евклид: в своем труде «Начала» он обобщил все сведения в математике, которые были ему известны. Он работал и в оптике, где открыл законы отражения света.