Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Концепции современного естествознания: Учебное пособие

Голосов: 18

Учебное пособие по курсу "Концепции современного естествознания" включает 7 глав: Развитие естествознания; Пространство и время. Энергия; Эволюция Вселенной; Эволюция история жизни; Человек как предмет естествознания; Экологические проблемы человеческого общества; Загрязнение окружающей среды и пути его преодоления. Приведены программа курса, контрольные вопросы и задания.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
         МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




        В.А. НОВОЖЕНОВ


    КОНЦЕПЦИИ
  СОВРЕМЕННОГО
 ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ




       Барнаул 2001


                         Глава 1

             РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

    Мир, окружающий человека, представляет единое и це-
лостное образование, в котором все явления и предметы
связаны и взаимодействуют друг с другом. Следовательно,
наше представление о мире должно отражаться в единстве
всего нашего знания. Единство научного знания формируется
в процессе взаимодействия, дифференциации и интеграции
знания в ходе развития конкретной науки.
    Развитие науки идет не только путем постепенного нако-
пления все новых и новых данных, так как в этом случае не
происходит отражения целостной картины развития науки.
Наиболее радикальные изменения в науке свершаются в пе-
риод научных революций, в результате которых пересматри-
ваются прежние идеи, методы исследования, переосмысли-
ваются результаты (парадигмы науки). Переход к новой пара-
дигме науки прежде всего связан с дифференциацией и инте-
грацией знания. Дифференциация – это очень важный этап в
развитии науки. Она направлена на более тщательное и глу-
бокое изучение отдельных процессов и явлений в определен-
ной области знаний. В результате такого исследования появ-
ляются отдельные научные дисциплины, возникают междис-
циплинарные связи, которые могут в итоге тоже выделиться в
отдельные науки. В Древней Греции не было строгого разде-
ления между конкретными областями знаний, не было и от-
дельных научных дисциплин. Все знания и методы исследо-
вания явлений природы существовали в единой области на-
турфилософии. Разделение естественно-научных дисциплин
впервые произошло в эпоху Возрождения. В это время появ-
ляется экспериментальное естествознание. Исследование
природы начиналось с механических процессов как наиболее
простой формы движения материи.
    Основы механики заложил Г. Галилей (1562–1642), зани-
мавшийся исследованием свободно падающих тел. Галилей
сформулировал управляющие механическими процессами
законы изложил основы механики. В научную дисциплину
механику превратил И. Ньютон (1643–1727). Затем постепен-
но формируются физика, химия, биология и другие фунда-
ментальные науки о природе. Каждая наука прошла свой путь
                             3


развития. По мере научного прогресса процесс появления
новых научных дисциплин все ускорялся. Несмотря на то, что
при этом возрастают точность и глубина наших знаний о яв-
лениях природы, одновременно происходит ослабление свя-
зей между отдельными научными дисциплинами и даже меж-
ду отдельными ветвями одной и той же науки. Таким образом,
дисциплинарный подход грозил превратить единую науку в
совокупность отдельных, обособленных, узких наук.
     Наука сама выработала методы и средства для преодо-
ления ограниченности чисто дисциплинарного подхода к изу-
чению окружающего мира. Дисциплинарный подход, ориенти-
рованный на изучение специфических, частных закономерно-
стей конкретных явлений, не способствует открытию более
глубоких общих закономерностей, а тем более фундамен-
тальных законов, относящихся к взаимосвязанным классам
явлений и целых областей природы, раскрывающих единство
природы, взаимосвязь и взаимодействие составляющих ее
объектов и процессов. Вследствие этого появляется новый
подход, который называется интеграционным, или междисци-
плинарным. В этом подходе происходит интеграция научного
знания, которая совершается в различных формах, начиная
применением понятий, теорий и методов одной науки в другой
и кончая возникшим в нашем столетии системным методом. В
результате такого подхода науки делают большие скачки в
своих исследованиях. Так, биология достигла очень больших
успехов, начав использовать в своих исследованиях физиче-
ские методы. В результате взаимодействия данных наук на их
стыке возникла биофизика. Аналогично появились бионика,
геохимия, биохимия и другие науки.
     Конкретные, частные, специальные приемы и способы
исследования в различных науках могут заметно отличаться,
но общий подход к познанию, метод исследования остается в
сущности тем же самым. Это так называемый системный ме-
тод, который дает возможность рассматривать объекты и
явления в их взаимосвязи и целостности. Системный метод
является наиболее эффективным средством интеграционных
исследований. Общие приемы, принципы и методы познания
можно охарактеризовать как стратегию исследования, а част-
ные приемы и методы, используемые в отдельных науках, как
тактику исследования.

                            4


    Исторически сложилось так, что метод формируется в
рамках практической деятельности как требование соблюде-
ния определенной последовательности действий в процессе
изготовления необходимых предметов и орудий, а также про-
изводства материальных благ вообще. С отделением физи-
ческого и умственного труда и возникновением науки появля-
ется необходимость в изучении способов получения новых
знаний, а для анализа и оценки различных методов – особое
учение о методе, которое называется методологией.
    На эмпирической, или опытной, стадии изучения природы
главным образом используются методы, опирающиеся на
чувственно наглядные приемы и способы познания. К ним
относятся систематические наблюдения, эксперимент и из-
мерения.
    Наблюдения являются первоначальным источником ин-
формации. В науке наблюдения существенно зависят от тео-
рии. Ведь прежде чем наблюдать что то, необходимо иметь
какую-либо идею, предположение или догадку о том, что сле-
дует искать. Поэтому в науке редко бывают открытия, связан-
ные со случайным, заранее не предусмотренным наблюдени-
ем. Систематичность, контролируемость и тщательность –
характерные требования для наблюдения.
    Эксперимент – важнейший метод эмпирического иссле-
дования, который специально ставится так, чтобы можно бы-
ло наблюдать процессы и явления в условиях, не испыты-
вающих влияния посторонних факторов. Явление изолирует-
ся от воздействия каких-либо несущественных факторов.
Многие естественные науки совершили гигантские скачки в
своем развитии именно благодаря эксперименту (атомная и
ядерная физика, молекулярная биология, химия и др.). По-
этому эксперимент получил наибольшее применение в есте-
ственных науках. В настоящее время он значительно услож-
нился как по технической оснащенности, так и по теоретиче-
скому обоснованию. Это нашло отражение в появлении тео-
рии планирования эксперимента и методах статистической
обработки результатов.
    Измерения не являются особым эмпирическим методом,
а составляют необходимое дополнение любого серьезного
научного наблюдения и эксперимента. В настоящее время
для проведения измерений используется очень сложная тех-
ника, в том числе и компьютерная.
                            5


     На теоретической стадии прибегают к абстракциям и об-
разованию понятий, строят гипотезы и теории, открывают
законы науки. Процесс исследования обычно начинается с
выдвижения проблемы. Последняя свидетельствует о слож-
ности развития науки, когда вновь обнаруженные факты не
удается объяснить и понять с помощью старых теорий. Воз-
никшая проблема или проблемная ситуация требуют четкого
определения, какие факты и в чем не согласуются со старыми
эмпирическими и теоретическими знаниями. В качестве проб-
ного решения проблемы выдвигается гипотеза, которая на
последующих стадиях исследования подробно анализируется
с точки зрения ее подтверждения имеющимися эмпирически-
ми данными и теоретическими знаниями. Затем из гипотезы
по правилам логики выводятся следствия, которые допускают
эмпирическую проверку непосредственно с помощью наблю-
дения и эксперимента. Эмпирическая проверяемость служит
важным условием научности гипотезы, так как она допускает
возможность вывода следствий из гипотезы и тем самым
позволяет фактически сравнить ее с данными опыта или на-
блюдений. Если следствие из гипотезы не согласуются с эм-
пирическими данными, то отвергается сама гипотеза. Значи-
тельно труднее обстоит дело с подтверждением гипотезы,
которое не всегда свидетельствует об истинности самой гипо-
тезы, так как согласно правилам логики из истинности следст-
вия не вытекает истинность самой гипотезы. Можно говорить
лишь о той или иной степени вероятности гипотезы, так как
при дальнейшей проверке могут быть обнаружены факты,
опровергающие гипотезу целиком или частично. Чем больше
фактов, подтверждающих гипотезу, тем выше ее вероятность.
Но даже и в этом случае вполне возможно обнаружение фак-
тов, опровергающих гипотезу. Так, закон всемирного тяготе-
ния Ньютона много десятков лет считался непреложной исти-
ной, но с разработкой А. Эйнштейном (1879–1955) теории
относительности его истинность была нарушена. Дальнейшие
же эксперименты, проведенные в связи с проверкой общей
теории относительности, выявили и ее приближенный харак-
тер.
     Особое значение для понимания единства не только ес-
тественно-научного, но и социально-гуманитарного знания
имеют новые междисциплинарные методы исследования.
Речь идет о системном методе, новой концепции самооргани-
                             6


зации, возникшей в рамках синергетики, а также общей тео-
рии информации, впервые появившихся в кибернетике.
    Кибернетика, возникшая около полувека назад, является
одним из замечательных примеров междисциплинарного ис-
следования. Она изучает с единой точки зрения процессы
управления в технических, живых и социальных системах.
Хотя конкретные процессы управления стали исследовать
задолго до возникновения кибернетики, однако каждая наука
при этом применяла свои понятия и методы, вследствие чего
трудно было выделить наиболее фундаментальные принципы
и методы управления. Для этого требовалось подойти к кон-
кретным процессам управления с более общей, абстрактной
точки зрения и применить современные математические ме-
тоды исследования. Одним из результатов такого подхода
явилось широкое использование математических моделей и
применение компьютеров. Поскольку процесс управления
связан с получением, хранением и преобразованием инфор-
мации, постольку кибернетика дала мощный толчок и для
развития теории информации. Кибернетика является одним
из специальных видов концептуальных систем, исследующих
разнообразные процессы управления. Отсюда естественно
подходят к общему понятию системы и системного подхода.
     При системном подходе объекты исследования рас-
сматриваются как элементы некоторой целостности или сис-
темы, связанные между собой определенными отношениями,
которые образуют структуру системы. В результате взаимо-
действия этих элементов общие, целостные свойства систе-
мы будут качественно отличаться от свойств составляющих
ее элементов и не сводиться к их сумме. Такие свойства на-
зывают эмерджентными, или возникающими, поскольку они
появляются или образуются именно в процессе взаимодейст-
вия элементов системы. Свойства системы как целого не
сводятся к сумме свойств частей. Так, свойства воды как жид-
кости качественно отличаются от свойств образующих ее
составных частей: молекул воды, кислорода и водорода. Ки-
слород и водород в свободном состоянии представляют со-
бой газообразные вещества, свойства молекулы Н20 отлича-
ются от свойств вещества воды. Вещество NaCl отличается
по своим свойствам от молекулы NaCl. И таких примеров
можно привести много.

                             7


    Разные системы, встречающиеся в природе и обществе,
имеют разное строение и характеризуются разными призна-
ками. Так, химические системы отличаются от физических и
биологических. Среди систем прежде всего можно выделить
иерархически организованные системы, которые в своем со-
ставе содержат подсистемы различной степени общности и
автономности. Особенности таких систем лучше всего можно
понять на примере живых организмов, элементами которых
служат клетки. Клетки образуют подсистемы, называемые
тканями, которые, в свою очередь, составляют органы живого
тела. Каждая из этих подсистем обладает относительной
автономностью, но подсистемы низшего уровня подчинены
системам высшего уровня. В целом же они составляют еди-
ный, целостный живой организм.
    Для понимания процессов эволюции исключительно важ-
ное значение принимают междисциплинарные исследования,
проводимые в рамках новой концепции самоорганизации,
которая была названа синергетикой. Новые результаты, по-
лученные в этой области, показывают необоснованность
прежнего абсолютного противопоставления живых систем
неживым и проливают новый свет на проблему возникнове-
ния живого из неживого. Эксперименты и теоретический ана-
лиз показывают, что при наличии строго определенных усло-
вий процессы самоорганизации могут происходить и в систе-
мах неорганической природы. Опираясь на эту концепцию,
можно представить весь окружающий мир как самооргани-
зующийся универсум и тем самым лучше понять современную
естественно-научную картину мира. Современная научная
картина мира имеет своей предысторией постепенное накоп-
ление знаний в течение тысячелетий по мере развития чело-
веческого общества.

               Как человек познавал мир

     Земля и Вселенная. Смысл этих слов сегодня понятен
каждому. Но слова эти существовали не всегда. На заре че-
ловеческой истории люди жили родами и племенами на об-
ширных пространствах Европы, Азии, Африки. Они занима-
лись коллективной охотой на крупного зверя, рыбной ловлей,
собиранием плодов и кореньев.

                            8


     Вопроса «что такое мир?» люди в то время просто не
поняли бы. Их миром была та среда, в которой обитали дан-
ный род или племя, – с ее реками и лесами, пещерами и об-
лаками... Недаром в ряде языков, в том числе и в древнерус-
ском, слово «земля» некогда означало определенную геогра-
фическую область или местожительство племени, народа. «О
Русская земля, ты уже за холмом!» – восклицает автор «Сло-
ва о полку Игореве», и мы понимаем, что речь идет не о зем-
ном шаре, а о районе расселения восточных славян. Мы до
сих пор говорим: «Новая Земля», «Земля Мэри Берд» – и
прекрасно понимаем, что это – определенные острова или
районы.
     А Вселенная? У этого слова тоже когда-то было иное
значение. Оно является церковнославянским переводом
древнегреческого слова «ойкумена» – область мира, освоен-
ная человеком. Вслушайтесь: Вселенная, т.е. заселенная,
обжитая часть. Значит, и в этом случае у древнего человека
речь шла не обо всем мире, а только о той его части, которая
известна и обжита человеком.
     Способность ставить вопрос о мире в целом появилась у
людей по-видимому очень давно – 10 или более тысяч лет
назад. Из собирателя и охотника человек к этому времени
стал земледельцем и ремесленником. Если вначале люди не
выделяли себя из окружающей среды, считали, что их пред-
ками являются звери и птицы, растения, даже камни, то те-
перь, по мере развития сознания, человек стал сравнивать
окружающую природу с самим собой, со своим внутренним
миром. Он одушевил природу, стал верить, что существуют
души деревьев и ручьев, гор и морей, растений и животных.
     Но сравнение явлений природы со свойствами и дея-
тельностью человека имело далеко идущие последствия.
Человек конечен, смертен. Он рождается и умирает. Он соз-
дает вещи, которых не было, и сам же их разрушает. Из бес-
форменного комка глины человек лепит сосуд. Из руды он
выплавляет металл и придает ему форму – превращает в
боевой топор или наконечник стрелы. Он обтесывает камни и
складывает из них жилище. Он бросает в землю зерна, и по-
лучается колосящееся поле. Не является ли и все сущест-
вующее вокруг нас результатом деятельности какого-то неве-
домого творца? Не этот ли творец однажды преобразовал
бесформенное вещество природы и создал из него небо и
                             9


землю, воду и воздух, растения и животных, наконец, самого
человека? Так постепенно возникало представление о перво-
начальном мировом хаосе (беспорядке) и космосе (упорядо-
ченной вселенной). Слово «космос» у древних греков упот-
реблялось как в значении «порядок», «строй», «красота», так
и «вселенная».
    Но вот вопрос: кто превратил хаос в космос? Кто же все-
таки создал мир? Ответ на него древние люди нашли в фан-
тастическом представлении о всемогущих богах, которые
творят мир и управляют им.
    Мы не будем здесь останавливаться на вопросе о воз-
никновении веры в богов – это увело бы далеко в сторону.
Скажем только, что главную роль в укреплении религиозной
веры в богов-вседержителей сыграл первоначально страх
людей перед таинственными силами природы, а затем и си-
лами социальными, перед неограниченной властью земных
владык, стоявших во главе первых государств, возникших на
Земле, когда с первобытным равенством людей было давно
покончено. Одни господствуют, другие им подчиняются. Одни
правят, другие на них работают. Земной владыка, окруженный
приспешниками, одним своим словом может изменять судьбу
многих тысяч смертных, начинать войну и заключать мир,
казнить и миловать. Такая власть одного человека была не-
понятна, она поражала и заставляла трепетать. В результате
среди всех богов люди стали выделять одного – верховного
владыку неба и земли, способного силой слова творить и
преобразовывать мир.
    Помните, в Библии: «И сказал бог: да будет свет. И стал
свет. И увидел бог свет, что он хорош, и отделил бог свет от
тьмы. И назвал бог свет днем, а тьму ночью. И был вечер, и
было утро: день один» (Бытие. 1:3-5). В более ранних мифах
боги, создавая мир, трудятся физически, а не словесно. На-
пример, в одном из египетских мифов бог Шу отделил богиню
неба Нут от бога земли Геба и поднял ее над собой, превра-
тив в небесный свод. Сохранился древний рисунок, изобра-
жающий это «событие». В другом мифе, созданном жителями
Шумера, говорится о том, что бог неба праотец Ану и богиня
земли Ки были неразрывно соединены друг с другом, пока их
старший сын Энлиль не надрезал медным ножом края небо-
свода, отделив навсегда небо от земли. Этот миф очень на-
поминает рассказ о сотворении мира у народа маори, оби-
                            10


тающего на островах Тихого океана. По представлениям
маори, отделение неба от земли производит бог раститель-
ности Тане, подпирающий небо своими ветвями.
     Конечно, эти сказания фантастичны. Но они позволяют
нам узнать, как, по представлениям древних, устроен тот мир,
который создают боги, какой вид имеет созданная богами
Вселенная.
     Первоначально небеса изображались весьма похожими
на земной мир. Древние египтяне, например, когда-то счита-
ли, что небо – плоская равнина между холмами, через кото-
рую течет небесный Нил. Бог солнца Ра ежедневно путеше-
ствует по небу в своей солнечной ладье, как египтянин по
земному Нилу. В гробницу фараона ставили поэтому огром-
ную пятивесельную ладью, на которой земной царь должен
был после смерти подняться на небо, к богу.
     Древние вавилоняне долгое время верили, что небо
представляет собой четырехугольный шатер с подвешенны-
ми к его нижней, обращенной к земле части лампами – звез-
дами. Только после изобретения колеса небо, по пред-
ставлениям древних вавилонян, превратилось в круглый
свод, медленно поворачивающийся на своей оси.
     А вот свидетельство Библии: «И сказал бог: да будет
твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды... И
создал бог твердь, и отделил воду, которая под твердью, от
воды, которая над твердью. И стало так. И назвал бог твердь
небом... И сказал бог: да соберется вода, которая под небом,
в одно место, и да явится суша. И стало так... И назвал бог
сушу землею, а собрание вод назвал морями... И сказал бог:
да будут светила на тверди небесной... для отделения дня от
ночи, и для знамений, и времен, и дней, и годов; и да будут
они светильниками на тверди небесной, чтобы светить на
землю. И стало так... И поставил их бог на тверди небес-
ной...» (Бытие.1: 6-10, 14-15, 17).
     В библейском рассказе, как видим, не говорится, из чего
была изготовлена небесная твердь. В шумерской легенде о
сотворении мира есть намек на то, что она была сделана из
олова. Слово «аннаку», которым шумеры называли олово,
прямо указывает, как считают ученые, на связь его с именем
бога неба Ану. Объяснение этого обстоятельства довольно
просто. Жители долины Двуречья находили оловянную руду в
горах, окружающих Месопотамию. Высоко ценя этот металл,
                            11



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика