Структура естествознания.
Структура естествознания представляет собой сложную разветвленную систему знаний, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является фундаментом для следующей за ней науки, и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.
Так, основа, фундамент всех естественных наук – физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях.
Следующая ступень иерархии – химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения.
В свою очередь химия лежит в основе биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологии – знания о веществе, химических элементах.
Науки о Земле (геология, география экология и др.) – следующая ступень структуры естествознания. Они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.
Завершает эту грандиозную пирамиду знаний о Природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, изучающие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике. Это позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, что, очевидно, отражает одно из важнейших свойств самой Природы.
В науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы. Примером интеграции наук являются: физическая химия, биофизика, биохимия, геохимия, астробиология и др.
Таким образом, построенная пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.
При этом в системе естествознания не только постоянно появляются новые науки, но и меняется их роль, периодически происходит смена лидера в естествознании. Так, с XVII в. до середины XX в. таким лидером была физика. Сегодня бум переживают биологические исследования (особенно в пограничных областях: биофизике, биохимии, молекулярной биологии).
Основные принципы естествознания.
1. Принцип системности – изучение целостного, составленного из упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных между собой
2. Принцип историчности – заключается в поэтапном развитии естествознания с последующим выдвижением новых теорий на основании уже имеющихся научных достижениях и историческом опыте
3. Принцип эволюционизма – принцип необратимости, выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим и связанный с постепенным усложнением и повышением организации живых существ и явлений
4. Принцип самоорганизации – основан на самопроизвольном процессе упорядочивания системы после выхода ее из равновесного состояния в новую систему относительно устойчивого состава и способную выдерживать определенные влияния, не теряя своих качественных свойств.
Для того, чтобы значение и строение современных концепций естествознания было понятно, необходимо, прежде всего, выяснить, что такое наука в целом, какова ее структура и т.д.
Наука как способ познания мира.
Наиболее развитой формой познания в настоящее время является наука. Она познает объективные законы изучаемых явлений. Благодаря этому наука позволяет предвидеть ход событий. Формула науки: знать, чтобы предвидеть; предвидеть, чтобы действовать со знанием дела. Наряду с наукой существует всенаучное познание, занимающее важное место в жизни человека. На практике всенаучные формы познания часто бывают незаменимы. Среди них наиболее распространено обыденное познание.
Под обыденным познанием понимают неспециализированную познавательную деятельность человека в процессе его жизнедеятельности. Результатом обыденного познания является жизненно-практическое знание. Такое знание не требует для своего усвоения и передачи специальной подготовки. Помимо обыденного, к всенаучному относят многочисленные специализированные виды практического познания и знания – например, практическое животноводство, растениеводство, швейное дело и т. д.
Результатом обыденного познания, так же как и научного, может быть объективное знание о мире. При этом научное и обыденное познание имеют ряд важных отличий:
1) Характер объекта познания. Обыденный опыт имеет дело с целым объектом и всем комплексом его внешних связей. В науке объект познают посредством изучения его частей и нахождения связей между ними, при этом на теоретическом уровне имеют дело не с самими объектами, а с их идеализированными моделями.
2) Используемый язык. В процессе обыденного познания пользуются обычным, разговорным языком. В науке помимо разговорного используется особо разработанный язык специфических терминов, символов, схем, формул.
3) Использование специальной аппаратуры. В отличие от обыденного познания наука нуждается в специальных орудиях и средствах исследования – научной аппаратуре (инструментах, приборах, оборудовании).
4) Проверка достоверности полученных знаний. Достоверность обыденного знания может быть установлена только опытом или в процессе производства. Наука использует специфическое средство проверки знаний – эксперимент.
5) Необходимость особой подготовки. В отличие от обыденного познания занятия наукой требуют особой подготовки – теоретической, практической, методической.
6) Системность и обоснованность – признак, отличающий научное знание от обыденного. Научные знания выстраиваются в систему посредством логического выведения одних утверждений из других.
Некоторые этапы развития естествознания.
Основные представления натурфилософии.
Древнегреческая натурфилософия была основана на концепции единства всего сущего, то есть 1) на идее о происхождении всех вещей из какого-то единого начала (например, воздуха, воды, огня и т. п.) и 2) на идее о всеобщей одушевленности материи. Натурфилософия (философия природы) отличалась непосредственным созерцанием окружающего мира как единого целого и умозрительными выводами из этого созерцания.
Механистическая картина Мира
mеханистическая концепция берет свое начало примерно с конца XVI в. и связана с именами таких естествоиспытателей и ученых, как Леонардо да Винчи (1452-1512) – художник и естествоиспытатель, Николай Коперник (1473-1543) - польский астроном (создал гелиоцентрическую картину Мира), Джордано Бруно (1548-1600) – итальянский естествоиспытатель (создал учение о множественности миров, отрицал наличие центра Вселенной, отстаивал тезис о бесконечности Вселенной).
Но все же создание этой концепции в наибольшей степени связано с именами Галилео Галилей (1564-1642) – основоположником экспериментального метода исследования природы (он заложил основы механистического естествознания и доказал справедливость гелиоцентрической системы), Иоганн Кеплер (1571-1630) – немецким математиком и астрономом, который установил три закона движения планет относительно Солнца, и Исаак Ньютон (1643-1727) – физиком и математиком. Основные законы динамики (движения) и закон всемирного тяготения Ньютон сформулировал в своей монографии «Математические начала натуральной философии» (1687), которая явилась фактическим завершением построения механистической концепции. И. Ньютон является создателем классической механики.
В настоящее время предметом изучения классической механики являются движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемые со скоростями, много меньшими скорости света.
Характерные особенности механистической картины Мира:
1) Для описания механического движения необходимо и достаточно знать координаты тела, его скорость и уравнение его движения в некоторый момент времени. При этих условиях можно всегда точно определить положение тела в любой другой момент времени (то есть как в прошлом, так и в будущем).
2) Большинство закономерностей, наблюдаемых в природе, могут быть сведены к механическому движению, а всю окружающую человека среду можно представить глобальной системой, будущее состояние которой может быть однозначно определено ее предшествующим состоянием.
3) Движение представляет собой простое механическое перемещение, а законы движения являются фундаментальными законами мироздания.
4) Тела движутся равномерно и прямолинейно, а причиной отклонения от такого движения является действие на них внешней силы, которая связана с одним из свойств движения тела, называемым инерцией.
5) Взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, то есть воздействие может передаваться в пустом пространстве и с бесконечно большой скоростью; это проявляется в так называемом принципе дальнодействия. Принцип дальнодействия, который впервые ввел Декарт (1596-1650), означает, что если одно тело действует на другое, то это второе тело испытывает воздействие в тот же момент. Причем гравитационное взаимодействие макротел, то есть притяжение, относительно слабое (в энергетическом отношении) и его часто трудно измерить.
6) Все механические процессы подчиняются принципу детерминизма (причинности), то есть из картины Мира исключается случайность.
7) Механистической концепции соответствует дискретная (или корпускулярная) модель реальности. Это означает, что материя представляет собой вещественную субстанцию, состоящую из атомов или корпускул, которые абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы и характеризуются наличием массы.
8) Пространство трехмерно, постоянно и не зависит от свойств материи; время также не зависит ни от пространства, ни от материи; пространство и время непосредственно не связаны с движением тел, то есть имеют абсолютный характер.
9) И макромир, и микромир подчиняются одним и тем же механическим законам, что также означает универсальность механистической концепции.
Электромагнитная картина Мира
Электрические и магнитные явления были известны давно, еще в древние века. Однако взаимосвязь между этими физическими явлениями была установлена только в XIX веке в результате работ таких естествоиспытателей, как датчанин Эрстед (1777-1851) и англичане М. Фарадей (1791-1867) и Дж. Максвелл (1831-1879) и др. –создатели классической электродинамики.
Особенности электромагнитной концепции можно охарактеризовать следующим образом.
1) Электромагнитные представления позволили предложить полевую (или непрерывную) модель реальности. Это означало, что:
• материя – это единое непрерывное поле с точечными силовыми центрами, являющимися электрическими зарядами и волновыми движениями в этом поле;
• окружающая природная среда – это электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, которые взаимодействуют между собой посредством электромагнитного поля.
2) Возникновение (или изменение) электрического поля ведет к появлению (или к изменению) магнитного поля, и наоборот.
3) Передача энергии полем происходит от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью, что проявляется в принципе близкодействия: взаимодействие электрических зарядов происходит не мгновенно, то есть каждая электрически заряженная частица создает электрическое поле, действующее на другие частицы не в тот же момент, а спустя некоторое время. Таким образом, взаимодействие передается через посредника, которым является электромагнитное поле, что и выражается в принципе близкодействия.
4) Движение представляет собой распространение колебаний в пространстве и во времени, которые описываются законами электродинамики.
5) Вся окружающая человека среда пронизана электромагнитными волнами, свойства которых обусловлены диапазонами их длин и частот.
6) Электромагнитная концепция предполагает относительность пространства и времени, так как они непосредственно связаны с процессами, происходящими в электромагнитном поле.
Краткая характеристика основ современной естественнонаучной картины Мира
Естественнонаучная картина Мира представляет собой единую и целостную систему принципов, правил и законов, которым подчиняется поведение объектов природы и в соответствии с которыми происходят различные процессы, явления и изменения свойств материальных объектов.
Современная естественнонаучная картина Мира построена на результатах исследований математических, физических, химических, биологических наук и наук о Земле, получивших наиболее глубокое развитие в ХХ столетии и которые схематично можно охарактеризовать следующим образом.
1) Теоретические и экспериментальные исследования строения вещества (в основном открытие электрона, ядра атома и элементарных частиц; строение атомов и молекул, их физико-химические свойства).
2) Создание специальной и общей теории относительности Эйнштейна (представления об относительном характере пространства и времени, а также об относительном характере всех видов движения; установление связи между свойствами движущихся материальных тел и скоростью их движения; установление взаимосвязи между энергией и массой физической системы, а также зависимости свойств пространства от наличия в нем физических систем).
3) Создание квантовой механики и развитие квантовых представлений в разных направлениях физических и химических наук (квантовая электродинамика, квантовая оптика и спектроскопия, квантовая теория твердого тела, квантовая химия), создание на их основе новых методов и приборов, например, квантовых оптических генераторов – лазеров и мазеров и т. д.
4) Разработка концепции непрерывно-дискретных (непрерывно-корпускулярных) свойств материи, включая современную теорию строения атома и теорию корпускулярно-волнового дуализма света и микрочастиц, создание на их основе принципиально новых физических методов исследования (кристаллография, электронография, нейтронография).
5) Развитие учения о химических процессах; создание теории цепных химических реакций; установление связи между кинетикой, строением, реакционной способностью и свойствами исходных реагентов и конечных продуктов; создание и развитие теории и практики химии и физики высокомолекулярных соединений.
6) Открытие явления радиоактивности и построение теории цепных ядерных и термоядерных реакций (ядерные установки, атомные электростанции, атомное и водородное оружие и т. п.).
7) Развитие методов теоретической и прикладной математики (кибернетика, электронно-вычислительные машины, компьютеры, новые информационные технологии).
8) Развитие биологических наук (молекулярная, генетическая, эволюционная и космическая биология; изучение свойств, строения, структуры и функций биополимеров; установление механизма процессов обмена веществ и передачи наследственной информации; создание новых биотехнологий и методов генной инженерии; термодинамическая теория эволюции живых существ и т. д.).
9) Наука об окружающей природной среде (законы, принципы и правила общей и прикладной экологии; разработка концепции единства неживой и живой природы).
10) Новые теоретические исследования и экспериментальные данные в области изучения Земли (модели происхождения Земли, методы определения ее строения и возраста, особенности механизма эволюции Земли).
11) Создание принципиально нового междисциплинарного научного направления – синергетики, в основе которого лежит принцип самоорганизации в неживой и живой природе.