Концепции современного естествознания

Концепции современного естествознания

Тема 1. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРА. НАУЧНЫЙ МЕТОД

1. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ

Культура - в широком смысле есть совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей, а также сама человеческая способность эти ценности производить и использовать. Соответственно различают культуру материальную и духовную.

Одним из важнейших компонентов духовной культуры является наука.

В начале 20 век сложилось устойчивое представление о «2-ух культурах науки» - естественнонаучной (системе знаний о природе) и гуманитарной (система знаний о ценностях бытия человека и общества).

Впервые эту идею выдвинули представители неокатетианства (Виндельбанд, Риккерт) и философ жизни - Дильтей. Такое различие обусловлено спецификой объектов изучения этих наук.

КРИТЕРИИ РАЗЛИЧИЯ:

- объект исследования (естественная наука - природа; гуманитарная наука - человек, общество);

- метод исследования (естественная наука - «генерализирующий метод», т.к. ориентировано на общее, универсальное, а индивидуальное не имеет для них значения; гуманитарная наука - «индивидуализирующий метод», т.к. для них характерен интерес к индивидуальному, конкретному, уникальному);

- ведущая функция. Главная функция естественной науки - объяснение, т.к. все явления природы обусловлены и закономерны. Гуманитарная наука имеет дело с историческими событиями, человеческими чувствами, ценностями и т.д., которые подлежат пониманию.

- гуманитарные науки идеологизированы, т.е. могут отражать интересы каких-либо социальных групп, классов, наций.

- естественные науки, имеющие своим объектом природу, идеологически нейтральны.

- количественные и качественные характеристики. Естественные науки делают упор на объективную количественную характеристику объектов. В гуманитарных науках преобладают качественные характеристики.

Но эти различия не отменяют взаимосвязи этих наук, комплексные исследования на основе взаимодействия естественных и гуманитарных наук активно проводятся сегодня при исследовании биосферы, глобальных проблем и т.д.

ОСОБЕННОСТИ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ:

Наука - система знаний и деятельность людей, направленная на достижение объективных истинных знаний о действительности.

1. Научное познание предлагает не только описание, но и объяснение фактов, выявление всего комплекса причин, порождающих явление;

2. Наука ориентирована на получение такого нового знания, истинность которого не просто утверждается, но и доказывается;

3. Научное познание нацелено на объективность открываемых истин (независимость от сознания человечества), т.е. на получение таких знаний, содержание которых не зависит не от человека, не от человечества.

4. Осознание методов, посредством которых исследуется объект, контроль над самой процедурой получения нового знания.

5. Научное познание характеризуется систематизированностью, а также логической выводимостью одних знаний из других.

6. Выработка специального языка науки: четко фиксирующего смысл и значение понятий.

2. ДИСЦИПЛИНАРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НАУКИ

Современная наука - совокупность отдельных научных отраслей, которые по предмету своих исследований делятся на:

1.естесственные, изучающие природу, её законы, способы освоения природы (химия, физика, биология). Заняты фундаментальными исследованиями.

2. общественные науки, изучают общество и различные общественные явления, законы их развития самого человека, как социального существа, различные общности людей и т.д. Среди общественных наук выделяют социально- научные дисциплины (экономика, этнография, демография и др.) и выделяют гуманитарные, предметом которых выступают групповые ценности, идеалы, нормы и правила мышления и поведения (этика, правоведение, религовеедение, искусствоведение).

3.технические науки изучают законы создания и функционирования сложных технических систем и функции в производственной и иной деятельности людей (радиотехника), как правило, являются прикладными.

3. УРОВНИ И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

В структуре научного познания выделяют 2 метода: эмпирический и теоретический. Они отличаются по методам исследования и характеру полученного знания.

ЭМПИРИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ:

Основан на непосредственном существенно-практического взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. На этом уровне происходит накопление, фиксация, обобщение фактического материала для построения теорий.

Основными формами знания являются: научный факт и эмпирическое обобщение.

МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ:

Метод - способ достижения какой-либо цели, система правил и приемов познавательной и практической деятельности.

1. Наблюдение, измерение, сравнение, эксперимент.

Наблюдение - целенаправленное и организованное воспроизведение предметов и явлений окружающего мира. Оно осуществляется без какого-либо изменения изучаемых предметов и явлений и вмешательства наблюдателя в нормальный процесс их протекания.

Измерение - сравнение объектов исследования по каким-нибудь сходным свойствам и сторонам.

Эксперимент - используется, когда необходима информация о предмете. Это такой метод научного исследования, который предполагает активное целенаправленное и строгоконтролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект с целью получения информации о его свойствах и связях.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ:

Связан с предметами и явлениями внешнего мира опосредованно через эмпирический уровень. На этом уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам и явлениям.

ФОРМЫ ЗНАНИЯ: гипотезы, теории, законы.

МЕТОДЫ: 1. Формализация - метод исследования, который заключается в использовании специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков).

2. Аксиоматический метод - построение теорий на основе аксиом - утверждений, не требующих доказательства их истинности (например, геометрия Евклида)

3. Гипотетико-дедуктивный метод - создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводится утверждения об эмпирических фактах.

А также: системный, структурно-функциональный, математического моделирования.

4. ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ

Применяются на всех уровнях научного познания: анализ - мысленное расчленение объекта на составные элементы с целью их всестороннего изучения; синтез - объединение отдельных элементов в единое целое; абстрагирование - отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих свойств и отношений; моделирование - исследование моделей, замещающих оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя.; индукция - метод исследования, при котором общий вывод строится из частных посылов; дедукция - метод исследования, посредством которого из общих посылок следует заключение частного характера.

Тема 2. ЛОГИКА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ НАУКИ. СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

1. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ, ИНТЕГРАЦИЯ И МАТЕМАТИЗАЦИЯ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

Дифференциация - создание новых научных отраслей в результате расчленения традиционных наук на новые (например, из некогда единой науки о живых организмах выделились экология, цитология, физиология, генетика). В свою очередь новая наука генетика предстает в разных видах: эволюционная, молекулярная, популяционная.

Дифференциация носит в целом прогрессивный характер, способствуя более тщательному и глубокому изучению отдельных явлений и процессов определенной области деятельности, но этот процесс имеет и негативный момент - чрезмерная дифференциация заслоняет от исследователя цельный образ изучаемого предмета, характеризующие его общие закономерности. Это ведет к разобщенности научных знаний. Этот недостаток восполняется противоположной тенденцией - интеграцией знаний (20 в.). Интеграция характеризуется:

1. Комплексом взаимодействия наук, на основе изучения единого объекта, созданием общенаучных теорий (квантовая механика, теория электромагнетизма и т.д.).

2. Образованием междисциплинарных наук, находящихся на стыке нескольких традиционных наук (биофизика, геохимия и др.).

В последнее время тенденция к интеграции наук становится ведущей.

Математизация - особая роль математики в естествознании, обусловленная тем, что она является всеобщим универсальным языком для различных естественных наук, пронизывает все основные стадии современного естественнонаучного процесса познания, такие как

- сбор и обработка количественной информации;

- возможность проверки гипотез, лежащих в основе законов;

- построение математического аппарата;

- моделирование природных процессов и явлений.

По мере своего развития естествознания использует все более совершенный математический арсенал высшей математики: дифференциация и интеграция исчисления, дифференцированные уравнения, математическую статику.

2. НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА. ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ РАЗВИТИЯ

Естественнонаучная картина мира - часть общей научной картины мира, включающая систему представлений о природе, складывающихся в результате синтеза достижений естественных наук. Она содержит представления о живой и неживой природе. В структуре естественнонаучной картины мира выделяют также специальные научные картины мира отдельных наук, представляющих систему знаний о фрагменте материального мира, который изучается в данной науке ее методами - физическая, астрономическая, биологическая картины мира.

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА:

1. системность. Означает, во-первых, что Вселенная рассматривается как наиболее крупная из всех систем, состоящая из множества элементов, подсистем разного уровня, сложности; во-вторых, иерархичность - включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней.

2. глобальный (универсальный) эволюционизм - распространение принципа эволюции на все сферы действительности: от элементарных частиц до космических систем. Эта концепция позволяет рассматривать неорганическую природу, мир живого (органическую природу) и человеческого социума как единый эволюционный процесс.

3. самоорганизация (синергетика пронизывает все области знания) - способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции.

Синергетика (теория самоорганизации) появилась в 70-е годы 20 в. Основатели - Хакен, И. Пригожин. Главная идея - это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы.

СВОЙСТВА САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМ:

1. открытость. Большинство известных систем являются открытыми, т.е. они обмениваются энергией, веществом, информацией с окружающей средой, в ходе которого происходит приспособление всех элементов системы к изменяющимся условиям её существования.

2. неравновесность. Открытые системы являются неравновесными, т.е. они находятся в состоянии далеком от термодинамического равновесия. В неравновесных системах вместо ожидаемого хаоса и беспорядка наблюдаются эффекты упорядоченности и самоорганизации. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы к более упорядоченным формам организации (например, наглядным примером является механизм действия лазера).

Возникновение порядка происходит через флуктуации, т.е. случайных отклонений системы от некоторого среднего состояния.

Флуктуации расшатывают прежнюю структуру и приводят к новой. Этот переход характеризуют как возникновение порядка из хаоса. Иногда эти флуктуации могут усиливаться, и тогда существующая организация не выдерживает и разрушается. В такие переломные моменты (точки бифуркации) дальнейшая эволюция системы непредсказуема. Возможен лишь вероятностный прогноз нескольких альтернативных вариантов дальнейшего протекания событий. Ключевую роль играет случайность. Из-за действия случайности невозможно предугадать дальнейшее развитие.

Процесс возникновения. Бифуркация делает эволюцию неравновесную систему скачкообразной и нелинейной, а отсюда следует, что стержнем качественных изменений, произошедших в современных представлениях о природе и мире в целом, является признание неустойчивости и нестабильности в качестве фундаментальных характеристик мировоззрения.

Согласно современным представлениям синергетики мир построен на ожидании непрерывных кризисов (точек бифуркации), моментов, когда приходится принимать, то или иное решение.

3. НАУЧНЫЕ РЕВОЛЮЦИИ

Научные картины мира сменяются одна за другой.

Научная революция - радикальная смена научной картины мира - это процесс перехода от одного способа познания к другому, отражающий более глубинные связи и отношения природы. Таких радикальных смен научных картин мира, т.е. научных революций в истории науки можно выделить три:

1.Аристотелевская; 6-5 в. До н.э.

В 6-5 в. До н.э. была осуществлена первая революция в познании мира, в результате которой и появилась на свет сама наука. Исторический смысл этой революции состоит в отличении науки от других форм познания мира, в создании определенных норм и образцов построения научного знания. В этот период создаются математические модели, формируются ценные идеи ряда будущих наук (физики, биологии и др.). Первую универсальную систему мира создал Аристотель. В ней были объединены систематизированные и логически развитые все накопленные знания о природе. Аристотель впервые попытался дать классификацию наук, создал космологическое учение, в основе которого геоцентрическая модель мира - земля имеет форму шара и является центром Вселенной. Это учение Аристотеля впоследствии обоснованное Птолемеем заняло господствующее положение в космологии до 16 в. Все дальнейшее развитие науки как в античности так и в средние века в Европе осуществлялось в рамках учения Аристотеля.

2.Ньютоновская. Означает возникновение нового естествознания, связанного с именами Коперника, Кеплера, Ньютона.

1) Разработана гелиоцентрическая картина мира Коперника - Земля не является центром Вселенной. Она вращается вокруг своей оси и вместе с другими планетами - вокруг Солнца.

2) 16 - 17 вв. - период преимущественного развития механики. Возникает новая тенденция - сведение всех знаний о природе к фундаментальным принципам и представлениям механики. Формируется механистическая картина мира, становление которой связано с именем Галилея. Он первым возвел механику на уровень теоретической науки. Ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений.

Ньютон создал систему классической механики, определившей лицо естествознания вплоть до20 в.

ОН сформулировал 3 основных закона динамики, которые легли в основу механики как науки и закон всемирного тяготения. Создал (одновременно с Лейбницем) принцип дифференциации и интеграции исчислений, который стал математической базой всего современного естествознания.

Итогом Ньютоновской революции явилась механистическая картина мира на базе экспериментально-математического естествознания.

3.Эйнштейновская. Конец 19-го - начало 20-го века.

В начале 20 века на смену классической механике пришла новая фундаментальная теория. Она была следствием ряда научных открытий конца19-го - начала 20-го века.

- открытие электрона Томпсоном;

- рентгеновские лучи;

- явление радиоактивности (Беккерель);

- экспериментальное обнаружение электромагнитных волн (Герц);

- создание Периодической системы химических элементов Менделеева.

Появляются принципиально новые фундаментальные теории:

1. Теория относительности - новая теория пространства, времени и тяготения.

2. Квантовая механика, обнаружившая вероятностный характер законов микромира.

Они позволили объяснить многие физические явления, которые не укладывались в рамках классической механики.

Вывод: Таким образом, открытия в физике конца 19-го - начала 20-го века окончательно разрушили прежнюю механистическую картину мира. Наступил новый этап неклассического естествознания 20-го века, характеризующийся новыми квантовыми релятивистскими представлениями о физической реальности.

Тема 3. КУЛЬТУРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

1. СИСТЕМНО-СТРУКТУРНЫЙ ХАРАКТЕР ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

В основе современных представлений об организации материи лежит системный подход. С этой точки зрения любой объект материального мира может быть рассмотрен в качестве системы.

Система - совокупность элементов и связей между ними, образующие определенную целостность.

Элемент - означает неразложимый компонент, входящий в состав определенной системы.

Неделимое в одной системе может оказаться делимым в другой системе, например, макротело можно рассматривать как определенную систему молекул, но любая молекула также является системой, т.к. состоит из атомов и определенной связи между ними, но атом также представляет собой систему (ядро + электронная оболочка). Ядро каждого атома имеет свою внутреннюю структуру и т.д.

Структура - совокупность связей между элементами системы.

Итак, все природные объекты объединены в классы материальных систем, в естествознании выделяют 2 класса материальных систем:

- система неживой природы;

- система живой природы.

Неживая природа имеет следующие структурные уровни:

- микроэлементарный (элементарные частицы, физический вакуум);

- атомарный;

- молекулярный;

- макроскопические тела;

- планеты и планетарные системы;

- галактики (звезды и звездные системы);

- система галактик - Метагалактика.

Живая природа:

- доклеточный уровень (белки, нуклеиновые кислоты);

- клеточный уровень;

- многоклеточные организмы (животные и растения);

- популяции;

- биоценозы;

- биосфера.

С точки зрения системного подхода существуют структуры различного масштаба. В зависимости от размеров структур выделяют 3 уровня строения материи:

2. МАКРОМИР

Включает объекты, окружающие нас в повседневной жизни, пространственные величины выражаются здесь в количественных мерах, а время в секундах, минутах, часах.

МИКРОМИР - мир чрезвычайно малых частиц, которые непосредственно ненаблюдаемы.

Пространственные частицы (от 10?8 до10-16 см)

Время жизни (от ? до 10?24 с).

3. МЕГАМИР

Космические объекты. Расстояние измеряется световыми годами, время - миллионами и миллиардами лет.

4. МАКРОМИР: КОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Закономерности движения тел, составляющих микромир, описываются классической физикой, в основе которой лежат законы классической механики Галилея - Платона.

Классическая механика объясняла все явления природы механическим перемещение тел.

Абсолютизация законов механики привела к созданию механистической картины мира, с точки, зрения которой 1. материя отождествлялась с веществом, состоящим из неделимых мельчайших частиц - атомов или корпускул. 2. пространство и время рассматривались в отрыве друг от друга и от движения материальных тел. 3. движение рассматривалось лишь как механическое перемещение тел в соответствии с законами механики. 4. действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на сколь угодно долгие расстояния (принцип дальнодействия). 5. принцип механического детерминизма: все механические процессы связаны между собой такими причинно-следственными связями, таким образом, что значение координат и импульсов всех частиц в данный момент времени совершенно однозначно определяет его состояние в любой прошедший или будущий момент.

Дальний принцип придавал универсальный характер законам механики отвергал существование случайности в природе.

Классическая механика объясняет большинство физических явлений и процессов в земных и наземных условиях.

Долгое время считалось. Что она может дать теоретическое объяснение любых явлений природы, но последующие открытия в науке обнаружили, что в рамках классической механики возникли трудности, в частности, в объяснении оптических и электромагнитных явлений.

Оптика: в конце 17 века возникли 2 противоположных подхода к объяснению природы света:

1. Корпускулярная теория Ньютона, согласно которой свет представляет собой поток материальных частиц - корпускул, испускаемых светящимися телами и летящими по прямолинейным траекториям, согласно законам механики.

Эта теория объясняла многие явления, но испытывала трудности в объяснении явлений интерференции (явление усиления или ослабления света при наложении световых пучков друг на друга), дифракции (огибание светом препятствий).

Одновременно голландский ученый Гюйгенс выдвинул волновую теорию, согласно которой свет представляет собой волну, распространение которой аналогично распространению волн на поверхности воды. Особой средой для распространения волн он считал эфир.

Но авторитет Ньютона способствовал тому, что большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света.

Но в начале 19-го века с критикой корпускулярной теории выступили Юнг и Френель, которые объяснили явления дифракции и интерференции с позиции волновой теории.

В результате волновая теория получила экспериментальное подтверждение.

Электромагнитные явления:

Одновременно с возникновением волновой теории создается электромагнитная теория света. Решающую роль в этом сыграло изучение электромагнитных процессов.

В 1820 году Эрстет обнаружил, что электрический ток создает вокруг себя электромагнитное поле. Позже Фарадей высказал предположение о единстве электрических и магнитных явлений. Открыл явление электромагнитной индукции и ввел в науку понятие «поля». Это понятие противоречило представлениям классической физики о материи, как совокупности атомов.

Страницы: 1, 2