Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1popov_a_v_sovremennaya_nauchnaya_kartina_mira.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
19.11.2019
Размер:
5.77 Mб
Скачать

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

А. В. Попов

СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

Учебное пособие

Барнаул •2013

УДК50(075.8)

ББК20я73

Попов А. В. Современная научная картина мира : учебное пособие. / А. В. Попов; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2013. – 311 с.

Учебное пособие знакомит студентов с наиболее важными достижениями различных наук о мире и месте человека в нем на уровне фундаментальныхидейиконцепций.

Изложено в виде курса лекций. В конце каждой лекции даны глоссарий и контрольные вопросы в виде тестов, применяемых при аттестациистудентов.

Длястудентоввысшихучебныхзаведенийвсехспециальностей.

© А. В. Попов, 2013

2

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................

6

ТЕМА 1 ЭВОЛЮЦИЯ НАУЧНОГО МЕТОДА И .......................

7

ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА .......................

7

Лекция 1 Естественно-научная и гуманитарная культуры.............

7

Научное познание.....................................................................................

7

1.1

Естественно-научная и гуманитарная культуры.....................

7

1.2

Научный метод познания........................................................

12

Глоссарий к лекции.............................................................................

23

Тесты к лекции....................................................................................

25

Лекция 2 История естествознания......................................................

26

Глоссарий к лекции.............................................................................

37

Тесты к лекции....................................................................................

38

Лекция 3 Развитие научных исследовательских программ и........

39

картин мира.............................................................................................

39

3.1

Развитие представлений о материи.......................................

39

3.2

Развитие представлений о движении ..........................................

43

3.3

Развитие представлений о взаимодействии................................

47

Глоссарий к лекции.............................................................................

53

Тесты к лекции....................................................................................

54

ТЕМА 2 ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, СИММЕТРИЯ..............

55

Лекция 4 Пространство, время, симметрия......................................

55

4.1

Принципы симметрии, законы сохранения................................

55

4.2

Эволюция представлений о пространстве и времени................

59

Глоссарий к лекции.............................................................................

61

Тесты к лекции....................................................................................

62

Лекция 5 Теория относительности......................................................

63

5.1

Специальная теория относительности ........................................

63

5.2

Общая теория относительности...................................................

69

Глоссарий к лекции.............................................................................

74

Тесты к лекции....................................................................................

76

ТЕМА 3 СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ И СИСТЕМНАЯ ...........

77

ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ............................................................

77

Лекция 6 Системная организация материи.......................................

77

6.1

Системные уровни организации материи...................................

77

6.2

Микро-, макро-, мегамиры...........................................................

78

6.3

Структура мегамира......................................................................

79

Глоссарий к лекции.............................................................................

95

Тесты к лекции....................................................................................

96

Лекция 7 Структура микромира.........................................................

97

 

3

 

7.1 История открытия элементарных частиц....................................

97

7.2 Классификация элементарных частиц ........................................

98

7.3 Процессы в микромире...............................................................

108

Глоссарий к лекции...........................................................................

115

Тесты к лекции..................................................................................

117

Лекция 8 Химические системы..........................................................

118

8.1 Модели атома ..............................................................................

118

8.2 Химические системы ..................................................................

122

8.3 Реакционная способность веществ............................................

133

Глоссарий к лекции...........................................................................

137

Тесты к лекции..................................................................................

138

Лекция 9 Биологический уровень организации материи.............

139

9.1 Особенности биологического уровня организации материи.......

139

9.2 Принципы воспроизводства живых систем..............................

140

Глоссарий к лекции...........................................................................

156

Тесты к лекции..................................................................................

158

ТЕМА 4 ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ...................

159

Лекция 10 Порядок и беспорядок в природе...................................

159

10.1 Динамические и статистические закономерности.....................

159

в природе............................................................................................

159

10.2 Концепции квантовой механики..............................................

164

10.3 Принцип возрастания энтропии...............................................

169

10.4 Закономерности самоорганизации. Принципы ......................

175

универсального эволюционизма......................................................

176

Глоссарий к лекции...............................................................................

182

Тесты к лекции .....................................................................................

184

ТЕМА 5 ПАНОРАМА СОВРЕМЕННОГО.................................

185

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ........................................................................

185

Лекция 11 Концептуальные основы современной.........................

185

космологии.............................................................................................

185

11.1 Космология как наука о Вселенной.........................................

185

11.2 Концепция Большого взрыва ...................................................

193

Тесты к лекции .....................................................................................

203

Лекция 12 Геологическая эволюция Земли.....................................

204

Глоссарий к лекции...............................................................................

217

Тесты к лекции .....................................................................................

218

13.1 Гипотезы происхождения жизни.............................................

219

13.2 Развитие живых систем ............................................................

227

Глоссарий к лекции...............................................................................

239

Тесты к лекции .....................................................................................

240

4

 

Лекция 14 Эволюция живых систем................................................

241

Глоссарий к лекции...............................................................................

260

Тесты к лекции .....................................................................................

262

ТЕМА 6 БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК ..............................................

263

Лекция 15 Понятие и сущность биосферы .....................................

263

Глоссарий к лекции...............................................................................

273

Тесты к лекции .....................................................................................

276

Лекция 16 Происхождение человека...............................................

277

Глоссарий к лекции...............................................................................

289

Тесты к лекции .....................................................................................

290

Лекция 17 Глобальный экологический кризис ..............................

291

17.1 Последствия неолитической революции.................................

291

17.2

Загрязнение атмосферного воздуха.........................................

295

17.3

Загрязнение водного бассейна.................................................

297

17.4

Загрязнение почвы ....................................................................

299

17.5

Отходы .......................................................................................

300

17.6

Классификация загрязнений окружающей среды..................

302

Глоссарий к лекции...............................................................................

308

Тесты к лекции .....................................................................................

309

Ответы к тестам....................................................................................

310

5

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир – это мир высоких технологий и высоких скоростей. По некоторым данным объем информации увеличивается в 2 раза каждые 10 лет, по другим – каждые 4 года. В таких условиях невозможно просто физически овладеть всей информацией. Но стремиться к познанию нужно. Как любил говорить известный греческий миллиардер Аристотель Онассис: «Кто владеет информацией – тот владеет миром». Сегодня мы стоим на пороге новых революционных открытий и технологических прорывов, которые кардинально изменят наш мир. Будем ли мы готовы к этому? Надеюсь, что наш курс поможет дать утвердительный ответ на этот вопрос.

В условиях жесткой конкуренции требуются грамотные специалисты, свободно ориентирующиеся в самых разных областях знания. Современному специалисту необходимо иметь целостное представление о науке, ее достижениях и перспективах развития. Таким условиям наиболее полно отвечает содержание дисциплины «Современная научная картина мира» (СНКМ. Задачей дисциплины является восполнение неизбежных пробелов в представлениях студентов о науке. Необходимость ее изучения обусловлена еще и тем, что в последние годы наука, ориентирующая человека на здравую оценку окружающего мира, все больше подменяется иррациональным, ненаучным знанием.

Современная наука дифференцирована на отдельные специальные дисциплины. Взятые в отдельности, они не могут сформировать целостную научную картину мира. Естествознание, как особая форма познания объективной реальности, включает в себя комплекс наук: физику, химию, астрономию, биологию, экологию, синергетику идр.

Курс «Современная научная картина мира» знакомит слушателей с наиболее важными достижениями различных наук о мире и месте человека в нем на уровне фундаментальных идей и концепций.

Знание основных современных теорий и концепций естествознания формирует научный метод мышления, развивает адекватное отношение человека к окружающему миру.

6

ТЕМА 1 ЭВОЛЮЦИЯ НАУЧНОГО МЕТОДА И ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Лекция 1 Естественно-научная и гуманитарная культуры. Научное познание

1.1 Естественно-научная и гуманитарная культуры

Культура (от лат. cultura – возделывание, воспитание, образование, развитие, почитание) – определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека, выраженный в типах и формах организации жизни и деятельности людей, а также в создаваемых ими материальных и духовных ценностях. В более узком понимании, культура – это все, что создано человеком как бы в дополнение к природе.

Культура является важнейшей сущностной характеристикой человека, отличающей его от всего остального органического мира нашей планеты. С ее помощью человек не приспосабливается к окружающей среде, как, например, растения и животные, а меняет ее, преобразует мир, делая его удобным для себя. С этой точки зрения неотъемлемой составной частью культуры выступает наука, определяющая многие важные стороны жизни общества и человека.

Основной задачей науки является получение объективных знаний об окружающем мире, познание законов, по которым он функционирует и развивается. Обладая этим знанием, человеку намного легче преобразовывать мир. Именно бурный рост науки, начавшийся в Новое время, создал современную техническую цивилизацию – мир, в котором мы сегодня живем.

Не удивительно, что множество положительных сторон науки сформировали ее высокий авторитет, привели к появлению сциентизма – мировоззрения, основанного на вере в науку как в единственную спасительную силу, призванную решить все человеческие проблемы. Идеология антисциентизма, считающая науку вредной и опасной силой, ведущей к гибели человечества, не могла с ним соперничать до последнего времени, хотя и ссылалась на негативные последствия научно-технического прогресса, среди которых создание оружия массового уничтожения и экологический кризис.

Лишь к концу XX в., осмыслив как положительные, так и отрицательные стороны науки, человечество выработало более взвешенную позицию. Признавая важную роль науки в нашей жизни, тем не менее, не следует соглашаться с ее претензиями на

7

господствующее место в жизни общества. Наука сама по себе не может считаться высшей ценностью человеческой цивилизации, она – только средство в решении некоторых проблем человеческого существования. То же относится и к другим сферам культуры. Только взаимно дополняя друг друга, все сферы культуры могут выполнять свою основную функцию – обеспечивать потребности и облегчать жизнь человека, являясь связующим звеном между человеком и природой. Если же в этой взаимосвязи придается большее значение какой-либо одной части, то это приводит к обеднению культуры в целом и нарушению ее нормального функционирования.

Культура, будучи результатом человеческой деятельности, не может существовать изолированно от мира природы. Так, из черенка оливы, посаженного в землю, вырастает олива; из скамейки, сделанной из оливы, закопанной в землю, новая скамейка не вырастет, в лучшем случае снова – олива. Таким образом, каждый предмет культуры содержит две части: природную основу и социальное, человеческое оформление. Эта двойственность мира культуры и определила возникновение двух типов культуры: естественно-научной и гуманитарной.

На начальной стадии человеческой истории естественно-научная и гуманитарная культуры существовали как единое целое, поскольку человеческое познание в одинаковой степени было направлено как на изучение природы, так и на познание самого себя. Однако постепенно у них выработались свои принципы и подходы, определились цели: естественно-научная культура стремилась изучить природу и покорить ее, а гуманитарная культура ставила своей целью изучение человека и его внутреннего мира.

Разделение естественно-научной и гуманитарной культур началось еще в античности, когда появились астрономия, математика, география, с одной стороны, и театр, живопись, музыка, архитектура и скульптура – с другой. В эпоху Возрождения искусство стало важнейшей частью жизни общества, и поэтому гуманитарная культура развивалась особенно интенсивно. Новое время, напротив, характеризуется исключительно бурным развитием естествознания. Этому способствовали зарождающийся капиталистический способ производства и новые производственные отношения. Успехи естественных наук в то время были настолько впечатляющи, что в обществе возникло представление об их всесильности. Необходимость все более глубокого познания окружающего мира и выдающиеся успехи естествознания в этом процессе привели к дифференциации и

8

самих естественных наук, т. е. к появлению физики, химии, геологии, биологии и космологии.

Отличительной особенностью естественно-научной культуры является то, что она изучает естественный мир, природу, которая представляет собой самодостаточную систему, функционирующую в соответствии со своими собственными законами. Она стремится к тому, чтобы как можно точнее прочитать бесконечную «книгу природы», овладеть ее силами, познать ее как объективную реальность, существующую независимо от человека.

Вто же время история человеческой культуры свидетельствует и

отом, что любая духовная деятельность людей протекает не только в форме естественно-научного познания, но и в форме философии,

религии, искусства, социальных и гуманитарных наук. Все эти виды деятельности и составляют содержание гуманитарной культуры. Основным предметом гуманитарной культуры, таким образом, является внутренний мир человека, его личностные качества, человеческие взаимоотношения и т. д.

Таким образом, между естественно-научным и гуманитарным знанием видны немалые различия. Эти различия обусловлены не только разными целями, предметами и объектами данных направлений познавательной деятельности, но и двумя основными способами процесса мышления, имеющими физиологическую природу. Дело в том, что мозг человека функционально асимметричен: правое его полушарие связано с образным интуитивным типом мышления, а левое – с логическим. Преобладание того или иного типа мышления определяет склонность человека к художественному или рациональному типу восприятия мира.

Рациональное знание служит основой естественно-научной культуры, поскольку ориентировано на разделение, сравнение, измерение и распределение по категориям знаний и информации об окружающем мире. Оно наиболее приспособлено для формализации, накопления и трансляции (передачи) постоянно увеличивающегося количества знаний. В совокупности различных фактов, событий и проявлений окружающего мира оно вскрывает общее, устойчивое, необходимое и закономерное, придает им системный характер путем логического осмысления. В силу перечисленных особенностей для естественно-научного знания свойственны стремление к истине, выработка специального языка для максимально точного и однозначного выражения полученного знания.

Научное рациональное мышление принесло удивительные плоды, во многом определившие становление современной

9

человеческой цивилизации. Благодаря науке мы можем строить себе жилище (а не жить в пещере), выращивать необходимую пищу (а не заниматься собирательством и охотиться), передвигаться на автомобилях, говорить по мобильникам и т. д.

Интуитивное мышление, напротив, выступает основой для гуманитарного знания, поскольку оно отличается индивидуальным характером и поэтому не может быть подвержено строгой классификации или формализации. Оно основывается на внутренних переживаниях человека и не имеет строгих объективных критериев истинности. Однако оно обладает огромной познавательной силой, так как ассоциативно и метафорично по своему характеру. Используя метод аналогии, оно способно выходить за рамки логических конструкций и рождать новые объекты культуры. Без этого типа мышления трудно представить искусство, без него вряд ли возможно создание художественных, музыкальных произведений. Ведь недаром говорят «произведение искусства», восхищаясь творческим началом созданного.

Таким образом, можно выделить следующие отличия гуманитарно-художественной культуры от научно-технической:

субъективность знания (например, многим непонятен абстракционизм, раскрывающий внутренний мир художника, которому, в свою очередь, не понятен реализм);

нестрогий образный язык (тот же абстракционист может

видеть дерево в виде цилиндра, а кубист – в виде куба);

интерес к индивидуальным свойствам изучаемых предметов;

сложность (или невозможность) верификации и фальсификации (очень трудно проверить «правильность» видения

абстракциониста и кубиста, невозможность проверить кто из них прав).

Но, несмотря на явное различие между естественно-научной и гуманитарной культурами, данное разделение не исключает их исходной взаимозависимости, которая не носит характера несовместимых противоположностей, а выступает скорее как взаимодополняемость. Острота и актуальность проблемы взаимодействия двух культур состоит в том, что они оказались слишком дистанцированными друг от друга.

На протяжении истории человечества не раз происходило преобладание одних сфер культуры в ущерб другим. Непростыми и подчас острыми были взаимоотношения науки, философии и религии. Средневековая наука находилась под властью религии, задержавшей

10

ее развитие на века и предавшей забвению достижения античной науки. Освободившись от власти религии, наука попала под иго философов – схоластов. За философией еще долго сохранялось господство в умах образованных людей, а за религией – в умах неграмотного большинства. И лишь в XIX в. наука стала претендовать на господствующее положение в связи с успехами в естествознании, увлекая людей перспективами всеобщего материального достатка и сытости, построенными на основе достижений науки и техники. К началу XX в. возникла другая проблема – перекос в сторону науки привел к прогрессирующему разрыву двух культур. Вспомним деление на «физиков» и «лириков» в 60-70-х гг. XX в . Ко всему этому добавилось дробление самой науки. Ученые, работающие в близких областях, перестают понимать друг друга.

Вмае 1959 г. известный английский писатель и ученый Чарльз Сноу прочитал в Кембриджском университете замечательную лекцию «Две культуры и научная революция», которая вызвала продолжительную и острую дискуссию, охватившую многие страны и всколыхнувшую самые разные слои населения, осознавших глубину и серьезность проблемы «размежевания» двух культур. Вражда двух культур, по мнению Сноу, может вообще привести к гибели человеческой культуры, если не принять радикальных мер для реорганизации образовательной системы, в частности, мер, дающих возможность сблизиться представителям «противоположных» культур.

Впроблеме, поставленной Сноу, есть два аспекта. Первый связан

сзакономерностями взаимодействия науки и искусства, второй – с проблемой единства науки.

На решение проблемы единства науки и направлен курс «Концепции современного естествознания». Наука в целом – это многогранное и вместе с тем системное образование, все отдельные компоненты которого (конкретные науки) теснейшим образом связаны. Между различными науками имеет место постоянное взаимодействие. Развитие науки требует взаимного обогащения, обмена идеями между различными, даже кажущимися на первый взгляд далекими, областями знания. Например, в XX в. биология получила мощнейший импульс для своего развития именно в результате применения математических, физических и химических методов исследования. В то же время биологические знания помогают инженерам создавать новые типы автоматических устройств и проектировать новые поколения авиационной техники. Таким образом, наблюдается диалектическое единство дифференциации и интеграции

11