- •Современная научная картина мира
- •Оглавление
- •Часть I Наука и научная картина мира …………………………………………. 7
- •Часть II Основополагающие концепции современной науки ……………… … 36
- •Часть III Некоторые приложения концепций современной науки ……….... 62
- •Введение
- •Часть I. Наука и научная картина мира
- •1.1. Единство мира и способы его постижения
- •1.1.1. Природа, цивилизация и культура как целостная система
- •1.1.2. Мифология, религия, искусство, наука как компоненты культуры и способы постижения природы
- •1.1.3. Познание и мировоззрение
- •1.1.4. Обобщенная картина мира
- •1.2. Наука и научный метод исследования
- •1.2.1. Наука как компонент культуры
- •1.2.2. Наука как способ объективного познания
- •1.2.3. Научный метод исследования
- •1.2.4. Динамика развития науки и формирование научных парадигм
- •1.3. Научная картина мира
- •1.3.1. Структура научной картины мира
- •1.3.2. Дифференциация наук
- •1.3.3. Естественные науки и гуманитарное знание: проблемы интеграции
- •1.3.4. Естественно-научное и гуманитарное мышление
- •Часть II. Основополагающие концепции современной науки
- •2.1. Элементы теории систем
- •2.1.1. Системный подход к описанию окружающего мира
- •2.1.2. Классификации социоприродных систем
- •2.1.3. Свойства открытых систем
- •2.1.4. Системная картина мира
- •2.2. Самоорганизация и эволюция сложных систем, далеких от равновесия
- •2.2.1. Общие представления
- •2.2.2. Сценарий самоорганизации
- •1. Фазовое пространство и фазовые траектории
- •2. Точка бифуркации
- •3. Фракталы и аттракторы
- •4. Сценарий
- •2.2.4. Синергетическая картина мира и универсальный эволюционизм
- •1. Синергетическая картина мира
- •2. Универсальный эволюционизм
- •2.3. Элементы теории управления
- •2.3.1. Самоорганизация и организация
- •2.3.2. Контур с обратной связью
- •2.3.3. Управление и управленческая деятельность
- •Часть III. Некоторые приложения концепций
- •3.1.2. Структура и специфика естественно-научной картины мира
- •3.1.3. Фундаментальные понятия естествознания
- •1. Материя и формы ее существования: вещество и поле
- •2. Атрибуты материи: отражение и движение
- •3. Пространство и время
- •4. Энтропия и информация
- •2. Основополагающие принципы естествознания
- •3.1.5. Эволюция естественно-научной картины мира: от натурфилософии к хх веку
- •1. Доклассический период
- •2. Классическая наука
- •3.2. Современные частные естественно-научные картины мира
- •3.2.1. Физическая картина мира
- •1. Релятивистская картина мира
- •2. Квантово-полевая картина мира
- •3. Строение материи и физика элементарных частиц
- •4. Соотношение классической, релятивистской и квантовой картин
- •3.2.2. Космологическая картина мира
- •1. Вселенная
- •2. Гипотеза Большого Взрыва
- •Галактики
- •Звезды и звездно-планетные системы
- •5. Солнце и Солнечная Система
- •3.2.3. Геологическая картина мира
- •1. Общая характеристика планеты
- •2. Самоорганизация и эволюция Земли
- •3. Физические оболочки Земли
- •4. Геосфера
- •3.2.4. Химическая картина мира
- •1. Химическая эволюция
- •2. Общие представления о химическом процессе как способе самоорганизации химических систем
- •3. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •4. Биологическая химия или предбиология
- •3.2.5. Биологическая картина мира
- •1. Общие представления
- •Гипотеза биохимической эволюции
- •Опережающее отражение
- •4. Биологический эволюционизм
- •5. Концепция генетики
- •6. Современная теория эволюции
- •7. Формирование биосферы
- •8. Экосистемный подход к изучению природы Земли
- •3.3. Гуманитарная картина мира
- •3.3.1. Антропологическая картина мира
- •1. Природа человека
- •2. Антропогенез: современные представления о происхождении и эволюции человека
- •3. Миграции древних людей и происхождение рас
- •4. Эволюция головного мозга и развитие психики
- •5. Человек как познающий субъект природы
- •6. Генетическая программа человека и природа интеллектуальных способностей
- •3.3.2. Социально-культурная картина мира Общие замечания
- •1. Краткий исторический экскурс
- •2. Системно-синергетический подход к описанию социальных систем
- •3. Культурная антропология
- •3.3.3. Глобальная экологическая картина
- •1. Становление техногенной цивилизации и экологические уроки прошлого
- •2. Экологические проблемы современной цивилизации
- •3. Глобальный экологический кризис, его истоки и причины
- •4. Необходимость продуктивного диалога общества и природы
- •3.3.4. Новые модели развития цивилизации
- •1. Учение в.И.Вернадского о ноосфере
- •2. Восхождение к коэволюционной стратегии
- •3. Устойчивое развитие
- •Заключение
- •Тематика творческих работ
- •Системный подход к описанию окружающего мира.
- •Перечень вопросов к итоговой аттестации
- •Дополнительная литература
- •Глоссарий
4. Геосфера
Геосфера или географическая оболочка - это глобальный природный комплекс Земли, представляющий тонкий слой (50-60 км) на границе литосферы, гидросферы и атмосферы и включающий биосферу. Это область наиболее интенсивного взаимодействия всех сфер Земли. В геосфере существует и развивается человечество. Благодаря живому веществу и производственной деятельности человека в ней более интенсивно, чем в других оболочках, идут процессы обмена веществом, энергией и информацией. Хрупкое подвижное равновесие геосферы поддерживают естественные круговороты. Но в последние два столетия в них активно встраиваются техногенные циклы, что в значительной мере смещает природное равновесие в сторону неустойчивости.
Геосфера представляет совокупность иерархически связанных подсистем - ландшафтной оболочки, физико-географических стран, зональных областей, местностей и т.д. Взаимодействие абиотических и биотических факторов определяет разнообразие свойств геосферы. Ее целостность обусловлена слаженным взаимодействием всех подсистем.
Важнейшей подсистемой геосферы и зоной наиболее активной деятельности живого вещества является ландшафтная оболочка. Ее толщина не превышает нескольких сотен метров. Характер солнечно-земных связей, расположение относительно экватора и рельеф поверхности определяют зональность распределения животного и растительного мира, пригодность отдельных ее областей к проживанию и производственной деятельности человека.
3.2.4. Химическая картина мира
Вселенная и все ее структурные элементы - это гигантская химическая лаборатория природы, в которой протекает огромное количество самых разнообразных физических и химических процессов, благодаря которым и формировалось косное вещество самой Вселенной, галактик, звезд и звездно-планетных систем. В ходе эволюции Земли эти процессы наиболее активно протекали в первые сотни миллионов лет ее жизни. Позднее к ним присоединились простейшие биохимические, а когда природа «отработала» механизмы фотосинтеза, - и биологические процессы. Благодаря всем этим процессам осуществляются естественные круговороты веществ и поддерживается устойчивость геосферы и всех ее подсистем.
1. Химическая эволюция
Одной из важнейших космологических проблем является проблема происхождения и относительного распределения химических элементов во Вселенной. Как сложился универсальный химический состав космического вещества (70% Н, 25% Не, а остальное более тяжелые элементы), как возникло стандартное соотношение между водородом и гелием, двумя первыми элементами менделеевской таблицы, - вот проблема, в поисках решения которой физики обратились к звездным недрам, где интенсивно протекают реакции превращения атомных ядер. Теоретические расчеты показывают, что при условиях, которые осуществляются в центральных областях звезд, подобных Солнцу, никакие элементы тяжелее гелия не могут образовываться в сколько-нибудь существенных количествах.
А что если элементы образовались не в звездах, а сразу во всей Вселенной на первых этапах космологического расширения? Универсальность химического состава при этом автоматически обеспечивается. Внешние условия - высокая плотность и температура, необходимые для реакций такого рода, были. Теория происхождения химических элементов потребовала трудоемких расчетов. В итоге стало очевидным, что космическая распространенность водорода и гелия действительно может быть объяснена ядерными реакциями в горячем веществе ранней Вселенной. Более тяжелые элементы, по-видимому, должны синтезироваться другим путем, например, при вспышках сверхновых звезд.
В процессе эволюции Вселенной происходили структуризация и усложнение химических элементов. Первыми образовались самые легкие - водород и гелий. Сегодня периодическая система насчитывает свыше ста элементов. Первые 94 элемента периодической системы достаточно широко представлены в природе в виде различных типов неорганических соединений. Элементы с более высокими номерами (до 110) созданы искусственно, методом бомбардировки ядер тяжелых элементов тяжелыми ионами, обладающими высокими энергиями. Для получения химических элементов с более высокими порядковыми номерами (а значит, с более тяжелыми ядрами) существует несколько ограничений. Это, прежде всего, ограниченность энергетических возможностей ускорителей и нестабильность искусственных элементов. Современная ядерная физика предсказывает относительную стабильность элементов 112 - 118 и предполагает, что возможны элементы с номерами до 174.
Работы в области синтеза искусственных химических элементов и исследования ядерных и термоядерных процессов в земных условиях позволяют высказать предположения о механизмах утяжеления ядер и образования тяжелых и сверхтяжелых элементов в процессе эволюции материи.
Под влиянием сил природы (гравитационные, электромагнитные), флуктуаций и внешних тепловых шумов атомарные частицы при столкновениях могут случайно образовывать более сложные упорядоченные структуры (молекулы), обладающие на микроуровне примитивной обратной связью, устойчивость которых определяется соотношением сил притяжения и отталкивания ядер и электронов в образовавшейся структуре. Это сосредоточение атомов из рассеянного состояния в агрегаты связано с повышением качества и количества информации; происходит как бы связывание рассеянной информации и снижение энтропии отдельного агрегата на фоне общего повышения энтропии всей атомарной системы. Очевидно, что из первичной смеси частиц могут образовываться самые разнообразные упорядоченные структуры (конечные продукты), но преимущество распространения получают те, для которых скорость процесса образования превышает скорость распада, то есть происходит конкуренция образовавшихся структур и отбор наиболее устойчивых. Если внутренняя энергия образовавшейся молекулы ниже суммарной энергии образующих ее частиц, молекула находится в устойчивом состоянии, она как бы оказывается в потенциальной яме, выбраться из которой (разложиться на отдельные частицы) может лишь благодаря селективной активации извне. Частицы, образующие молекулу, принимают участие в разных видах движения (электронное, колебательное, вращательное), причем энергии и скорости частиц могут иметь определенный ряд дискретных значений, соответствующих определенным состояниям частиц. Переход из одного состояние в другое связан с поглощением или излучением энергии и определяет характер спектров молекул в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной и микроволновой областях.
Самоорганизация и эволюция химического вещества на Земле происходилаи под воздействием изменяющихся физических факторов. Величайшим «достижением» природы стало появление автокаталитических реакций. Именно они сыграли первостепенную роль в возникновении и эволюции живого вещества.
Для человека природа всегда была образцом и самой первой лабораторией. В ней он многое подмечал, многому учился, многое угадывал, экспериментировал и в своей производящей деятельности стремился использовать ее опыт. Вряд ли кто точно может сказать, когда человек, может быть, случайно получил химическое соединение в искусственных условиях. Но к концу XУIII века синтетическая химия уже имела огромный опыт, а в XIX веке она из стен лабораторий ученых выходит в производство и становится основой химической промышленности, без продукции которой жизнь современного человека просто немыслима.
Но развитие химических технологий невозможно без знания кинетики (греч. kinetikos - приводящий в движение) химических процессов и способов управления ими. Поэтому разработка теории химического процесса стала одним из магистральных направлений химии ХХ века. Изучение кинетики химических процессов, осуществляемых в лабораторных и промышленных условиях, кроме прикладного, имеет огромное общетеоретическое значение, так как приближает нас к пониманию процессов самоорганизации и эволюции природных химических систем, а значит, и к пониманию механизмов перехода от неживого к живому.
Химические производства и процессы, которые сегодня осуществляет человек, - это лишь некое подобие безотходного рационального химического производства природы. Повторяя ее опыт, постигая его тонкости, человек создает процессы и соединения, несвойственные природе. Уже в начале ХХ века было синтезировано около двух миллионов веществ. Сегодня в лабораториях мира ежедневно синтезируется около трехсот новых соединений. Природа, «привыкшая» медленно создавать новое и медленно его перерабатывать, не может приспособиться к такому темпу накопления синтетических материалов. Вследствие этого встраивание техногенных химических циклов в природные смещает равновесие последних в сторону неустойчивости, которая может иметь разрушительные последствия для всей геосферы.