- •В.М.Найдыш Концепции современного естествознания
- •Предисловие
- •Введение Естествознание как отрасль научного познания
- •B.I. Понятие культуры
- •В.2. Материальная и духовная культура
- •В.З. Наука как компонент духовной культуры
- •В.4. Проблема культур в науке: от конфронтации к сотрудничеству
- •В.5. Структура естественнонаучного познания
- •Часть первая Основные исторические периоды развития естествознания
- •1. Накопление рациональных знаний в системе первобытного сознания
- •1.1. Повседневное, стихийно-эмпирическое знание
- •1.2. Зарождение счета
- •1.3. Мифология
- •2. Наука в цивилизациях древности
- •2.1. Становление цивилизации
- •2.1.1. Неолитическая революция
- •2.1.2. Рационализация форм деятельности и общения
- •2.1.3. Разделение труда и развитие духовной культуры
- •2.1.4. Возникновение письменности
- •2.1.5. «Культурное пространство» древневосточных цивилизаций
- •2.2. Развитие рациональных знаний в эпоху классообразования цивилизаций Древнего Востока
- •2.2.1. От Мифа к Логосу (Науке)
- •2.2.2. Географические знания.
- •2.2.3. Биологические, медицинские и химические знания
- •2.2.4. Астрономические знания
- •2.2.5. Математические знания
- •3. Создание первой естественнонаучной картины мира в древнегреческой культуре
- •3.1. Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации
- •3.2. От Хаоса к Космосу
- •3.3. Категория субстанции
- •3.4. Мир как число
- •3.4.1. Пифагорейский союз
- •3.4.2. Математические и естественно-научные достижения пифагореизма
- •3.5. Формирование первых естественнонаучных программ
- •3.5.1. Великое открытие элеатов
- •3.5.2. Атомистическая программа
- •3.5.3. Математическая программа
- •3.6. Физика и космология Аристотеля
- •3.6.1. Учение Аристотеля о материи и форме
- •3.6.2. Космология Аристотеля
- •3.6.3. Основные представления аристотелевской механики
- •3.7. Естествознание эллинистически-римского периода
- •3.7.1. Культура эллинизма
- •3.7.2. Александрийская математическая школа
- •3.7.3. Развитие теоретической и прикладной механики
- •3.8. Развитие древнегреческой астрономии
- •3. 8.1. Становление математической астрономии
- •3.8.2. Геоцентрическая система Птолемея
- •3.9. Античные воззрения на органический мир
- •3. 9.1. Античные толкования проблемы происхождения и развития живого
- •3.9. 2. Биологические воззрения Аристотеля
- •3. 9.3. Накопление рациональных биологических знаний в античности
- •3.9.4. Античные представления о происхождении человека
- •3.10. Упадок античной науки
- •4. Естествознание в эпоху средневековья
- •4.1. Особенности средневековой духовной культуры
- •4.1.1. Доминирование ценностного над познавательным
- •4. 1.2. Отношение к познанию природы
- •4.1.3. Особенности познавательной деятельности
- •4.2. Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры
- •4.2.1. Математические достижения
- •4.2.2. Физика и астрономия
- •4.3. Становление науки в средневековой Европе
- •4.4. Физические идеи средневековья
- •4.5. Алхимия как феномен средневековой культуры
- •4.6. Религиозная трактовка происхождения человека
- •4.7. Историческое значение средневекового познания
- •5. Познание природы в эпоху возрождения
- •5.1. Ренессанская мировоззренческая революция
- •5.2. Зарождение научной биологии
- •5.3. Коперниканская революция
- •5.3.1. Гелиоцентрическая система мира
- •5.3.2. Дж. Бруно: мировоззренческие выводы из коперниканизма
- •6. Научная революция XVII в.: возникновение классической механики
- •6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит
- •6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики как первой фундаментальной естественно-научной теории
- •6.2.1. Г. Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамики»
- •6.2.2. Картезианская физика
- •6.2.3. Новые идеи в динамике Солнечной системы
- •6.3. Ньютонианская революция
- •6.3.1. Создание теории тяготения
- •6.3.2. Корпускулярная теория света
- •6.3.3. Космология Ньютона
- •6.4. Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в.
- •7. Естествознание XVIII -первой половины XIX в.
- •7.1. Общая характеристика развития физики
- •7.1.1. Становление основных отраслей классической физики
- •7.1.2. Принцип дальнодействия
- •7.1.3. Теория теплорода
- •7.1.4. Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в.
- •7.1.5. Физика первой половины XIX в.: общая характеристика
- •7.1.6. Волновая теория света
- •7.1.7. Проблема эфира
- •7.1.8. Возникновение полевой концепции
- •7.1.9. Закон сохранения и превращения энергии
- •7.1.10. Концепции пространства и времени
- •7.1.11. Методологические установки классической физики (конец XVII - начало XX вв.)
- •7.2. Развитие астрономической картины мира
- •7.2.1. Создание внегалактической астрономии
- •7.2.2. Формирование идеи развития природы
- •7.2.3. Идея развития в астрономии
- •7.2.4. Космогония и. Канта
- •7.2.5. Методологические установки классической астрономии
- •7.3. Возникновение и развитие научной химии
- •7.3.1. От алхимии к научной химии
- •7. 3.2. Лавуазье: революция в химии
- •7.3.3. Победа атомно-молекулярного учения
- •7.4. Биология
- •7.4.1. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.
- •7.4.2. От концепций трансформации видов к идее эволюции
- •7.4.3. Ламаркизм
- •7.4.4. Катастрофизм
- •7.4.5. Униформизм. Актуалистический метод
- •7.4.6. Дарвиновская революция
- •7.4.7. Методологические установки классической биологии
- •8. Естествознание второй половины XIX в.: на пути к новой научной революции
- •8.1. Физика
- •8.1.1. Основные черты
- •8.1.2. От возникновения термодинамики к статистической физике: изучение необратимых систем
- •8.1.3. Развитие представлений о пространстве и времени
- •8.1.4. Теория электромагнитного поля
- •8.1.5. Великие открытия
- •8.1.6. Кризис в физике на рубеже веков
- •8.2. Астрономия
- •8.2.1. Триумф ньютоновской астрономии и... Первая брешь в ней
- •8.2.2. Формирование астрофизики: проблема внутреннего строения звезд
- •8.3. Биология
- •8. 3.1. Утверждение теории эволюции ч. Дарвина
- •8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)
- •9.1.2. Создание а. Эйнштейном специальной теории относительности
- •9.2. Создание и развитие общей теории относительности
- •9.2.1. Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации
- •9.2.2. Экспериментальная проверка общей теории относительности
- •9.2 3. Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике
- •9.3. Возникновение и развитие квантовой физики
- •9.3.1. Гипотеза квантов
- •9.3.2. Теория атома и. Бора. Принцип соответствия
- •9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики
- •9.3.4. Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности
- •9.4. Методологические установки неклассической физики
- •10. Мир элементарных частиц
- •10.1. Фундаментальные физические взаимодействия
- •10.1.1. Гравитация
- •10.1.2. Электромагнетизм
- •10.1.3. Слабое взаимодействие
- •10.1.4. Сильное взаимодействие
- •10.1.5. Проблема единства физики
- •10.2. Классификация элементарных частиц
- •10.2.1. Характеристики субатомных частиц
- •10.2.2. Лептоны
- •L0.2.3. Адроны
- •10.2.4. Частицы - переносчики взаимодействий
- •10.3. Теории элементарных частиц
- •10.3.1. Квантовая электродинамика
- •10.3.2. Теория кварков
- •10.3.3. Теория электрослабого взаимодействия
- •10.3.4. Квантовая хромодинамика
- •10.3.5. На пути к Великому объединению
- •Современная астрономическая картина мира
- •11. Особенности астрономии XX в.
- •11.1. Изменения способа познания в астрономии хх в.
- •11.2. Новая астрономическая революция
- •11.3. Солнечная система
- •11.3.1. Планеты и их спутники
- •11.3.2. Строение планет
- •11.3.3. Происхождение планет
- •11.3.4. Химический состав вещества во Вселенной
- •11.4. Звезды
- •11.4.1. Звезда - газовый шар
- •11.4.2. Эволюция звезд: звезды от их «рождения» до «смерти»
- •11.5. Острова Вселенной: галактики
- •11.5.1. Общее представление о галактиках и их изучении
- •11.5.2. Наша Галактика - звездный дом человечества
- •11.5.3. Межзвездная среда
- •11.5.4. Понятие Метагалактики
- •11.6. Вселенная в целом
- •11.6.1. Особенности современной космологии
- •11.7. Эволюция Вселенной
- •11.7.1. Модель горячей Вселенной
- •11.7.2. Большой Взрыв: инфляционная модель
- •11.7.3. Первые секунды Вселенной
- •11.7.4. От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик
- •11.7.5. Образование тяжелых химических элементов
- •11.7.6. Сценарии будущего Вселенной
- •11.8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций
- •11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности
- •11.8.2. Типы контактов с внеземными цивилизациями
- •11.8.3. Поиски внеземных цивилизаций
- •11.9. Методологические остановки «неклассической» астрономии XX в.
- •Современная биологическая картина мира
- •12. Особенности биологии XX в.
- •12.1. Век генетики
- •12.1.1. Хромосомная теория наследственности
- •12.1.2. Создание синтетической теории эволюции
- •12.1.3. Революция в молекулярной, биологии
- •12.1.4. Методологические установки современной биологии
- •13. Мир живого
- •13.1. Особенности живых систем
- •13.1.1. Существенные черты живых систем
- •13.1.2. Основные уровни организации живого
- •13.2. Возникновение жизни на Земле
- •13.2.1. Развитие представлений о происхождении жизни
- •13.2.2. Возникновение жизни
- •13.3. Развитие органического мира
- •13.3.1. Основные этапы геологической истории Земли
- •Геологические эры Земли:
- •13.3.2. Начальные этапы эволюции жизни
- •13.3.3. Образование царства растений и царства животных
- •13.3.4. Завоевание суши
- •13.3.5. Основные пути эволюции наземных растений
- •13.3.6. Пути эволюции животных
- •14. Возникновение человека и общества (антропосоциогенез)
- •14.1. Естествознание XVII— первой половины xiXв. О происхождении человека
- •14.2. Предпосылки антропосоциогенеза
- •14.2.1. Абиотические предпосылки
- •14.2.2. Биологические предпосылки
- •14.3. Возникновение труда
- •14.3.1. «Человек умелый»
- •14.3.2. Развитие древнейшей техники человека
- •14.4. Становление социальных отношений
- •14.4.1. Биологические предпосылки социальных отношений
- •14.4.2. Возникновение разделения труда
- •14.5. Генезис сознания и языка.
- •14.5.1. Раскрытие тайны происхождения сознания
- •14.5.2. Генезис языка
- •Часть третья естествознание на пороге XXI в.
- •15. Теория самоорганизации (синергетика)
- •15.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных
- •15.2. Характеристики самоорганизующихся систем
- •15.2.1. Открытость
- •15.2.2. Нелинейность
- •15.2.3. Диссипативность
- •15.3. Закономерности самоорганизации
- •16. Глобальный эволюционизм
- •17. На пути к постнеклассической науке XXI в.
- •Заключение Наука и будущее человечества Естествознание как революционизирующая сила цивилизации
- •Наука и квазинаучные формы духовной культуры
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Терминологический словарь
- •Именной указатель
- •Основные сокращения и обозначения
- •Соотношения между некоторыми физическими величинами
- •Содержание
- •1. Накопление рациональных знаний в системе первобытного сознания 12
- •2. Наука в цивилизациях древности 20
- •3. Создание первой естественнонаучной картины мира в древнегреческой культуре 39
- •4. Естествознание в эпоху средневековья 64
- •5. Познание природы в эпоху возрождения 75
- •6. Научная революция XVII в.: возникновение классической механики 84
- •7. Естествознание XVIII -первой половины XIX в. 93
- •8. Естествознание второй половины XIX в.: на пути к новой научной революции 123
- •9. Научная революция в физике начала XX в.: возникновение релятивистской и квантовой физики 135
- •10. Мир элементарных частиц 150
- •11. Особенности астрономии XX в. 164
- •12. Особенности биологии XX в. 191
- •13. Мир живого 195
- •14. Возникновение человека и общества (антропосоциогенез) 210
- •15. Теория самоорганизации (синергетика) 225
- •16. Глобальный эволюционизм 229
- •17. На пути к постнеклассической науке XXI в. 230
13. Мир живого
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных существ представлен тремя царствами — грибами, растениями и животными. Каждое из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, семействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются результатом исторического развития мира живого, его эволюции.
13.1. Особенности живых систем
13.1.1. Существенные черты живых систем
Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов животные превосходят растения. Описано около 1 200 000 видов животных (из них около 900 000 видов — членистоногих, 110 000 — моллюсков, 42 000 — хордовых животных).
Но мир живого имеет еще и структурно-инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоит из клеток. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. Доклеточные формы жизни — вирусы (открытые в 1892 г. русским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядерные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Кроме того, существует множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих к разным видам.
Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого — это грандиозная СИСТЕМА высокорганизованных систем. Любая система (и в неорганической, и в органической природе) состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биологическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними.
Сначала об элементах и компонентах биологических систем. В них выражена дискретная составляющая живого. Живые объекты, системы в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды). Любая особь многоклеточного животного состоит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа — из определенных органелл. Органеллы образуются дискретными, обычно высокомолекулярными, органическими веществами. Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов.
Вместе с тем сложная организация немыслима без целостности. Целостность порождается структурой системы, типом связей между ее элементами. Биологические системы отличаются высоким уровнем целостности и самоорганизацией. Живые системы — открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией со средой. Для них характерны отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), возрастающая в процессе органической эволюции, способность к самоорганизации материи.
Всем живым системам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе и поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы и свойственны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.
Живой организм — это множественная система химических процессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой материи на всех уровнях ее развития — от простейшего микроорганизма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Это — нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они и образуют основу живого.
Основой воспроизводства является синтез белков, который происходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот — ДНК и РНК (рибонуклеиновая кислота). Белки — это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура белка задается последовательностью образующих его аминокислот. Причем характерно то, что из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех организмов используется только 20. Почему именно эта двадцатка аминокислот, а не какие-либо другие синтезирует белки нашего органического мира, до сих пор так и не ясно.
Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Они образуют длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды — соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. Эти азотистые основания присоединяются к сахару по одному в разной последовательности. Аденин и гуанин являются пуринами, а цитозин, тимин и урацил — пирамидинами. В РНК тимин заменен урацилом, а сахар дезоксирибоза в ДНК — рибозой в РНК.
Сущность живого наиболее концентрированно выражена в замечательном явлении конвариантной редупликации. Конвариантная редупликация — «самовоспроизведение с изменениями», осуществляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе — уникальная способность к самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов), которые обладают относительно высокой степенью стабильности. Такая стабильность и обеспечивает возможность идентичного самовоспроизведения (явление наследственности). Все основные свойства живого немыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.
С другой стороны, при самовоспроизведении управляющих систем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура, претерпевает структурные изменения в результате движения атомов и молекул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству мутаций, т.е. дискретных отклонений от исходного состояния.