Концепции современного естествознания

Издательскоторговая корпорация «Дашков и К°»

М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов

КОНЦЕПЦИИ 
СОВРЕМЕННОГО 
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебник

7-е издание, 
переработанное и дополненное

Рекомендовано 
Министерством образования и науки 
Российской Федерации в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений

Москва, 2012

УДК 001
ББК 20
          Г96

Гусейханов М. К.
Концепции  современного естествознания: Учебник / М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов. — 7-е изд., перераб. 
и доп. — М.: Издательскоторговая корпорация «Дашков и К°», 2012. — 540 с.

ISBN 978-5394-01774-2

В учебнике рассматриваются важнейшие концепции современного 
естествознания: этапы развития естественно-научной картины мира, современные представления о строении и развитии природы микро-, макро- и мегамиров; эволюция представлений о пространстве, времени и материи; принципы 
относительности и дополнительности; соотношение неопределенностей; законы 
сохранения в микро- и макромире; природа элементарных частиц, энергии и 
вещества; концепции происхождения эволюции живой природы и человека; 
биосфера и экология; специфика современного естествознания; синергетика; 
самоорганизация в различных системах; проблемы современного естествознания; мировоззрение и НТР.
Учебник подготовлен в соответствии с Государственным стандартом 
высшего профессионального образования и предназначен для студентов вузов, изучающих концепции современного естествознания, преподавателей, 
аспирантов и учащейся молодежи, интересующейся мировоззренческими и 
теоретико-познавательными проблемами естествознания и философии.

УДК 001
ББК 20

Г96

Рецензенты:
А. Д. Гладун — председатель экспертного совета по общим естественнонаучным дисциплинам Министерства образования РФ, доктор физико-математических наук, профессор МФТИ;
Л. В. Королева — доктор физико-математических наук, профессор 
МГПУ;
О. П. Мелехова — член экспертного совета Министерства образования 
РФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник;
Г. К. Сафаралиев — заместитель председателя комитета по науке и образованию Государственной Думы РФ, доктор физико-математических наук, 
профессор ДГУ.

ISBN 978-5394-01774-2
© М. К. Гусейханов,
      О. Р. Раджабов, 2008
© ООО «ИТК «Дашков и К°», 2008

Содержание

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ЕДИНАЯ НАУКА 
О ПРИРОДЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. . . . . . . . . . 13
1.2. Место науки в системе культуры и ее структура  . . . . . . . . . 14
1.3. Характерные черты науки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4. Естествознание — фундаментальная наука . . . . . . . . . . . . . . . 21

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.1. Структура научного познания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Основные методы научного исследования  . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3. Динамика развития науки. Принцип соответствия. . . . . . . . 36

Глава 3. ВАЖНЕЙШИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ 
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.1. Система мира античных философов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы 
строения мира  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3. Механистическая и электромагнитная картины мира . . . . 55
3.4. Современная естественнонаучная картина мира. . . . . . . . . 60

Глава 4. КОНЦЕПЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ 
ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.1. Понятие пространства и времени. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2. Измерение времени. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.3. Пространство и время в специальной теории 
относительности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.4. Общая теория относительности о пространстве 
и времени  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Глава 5. СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА. . . . . . . . . . . . . 94

5.1. Структурное строение материального мира . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.2. Краткая характеристика микромира  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.3. Краткая характеристика макромира. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
5.4. Краткая характеристика мегамира  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106

Глава 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДВИЖЕНИЕ 
СТРУКТУР МИРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

6.1. Четыре вида взаимодействий и их характеристика. . . . . .113
6.2. Концепции близкодействия и дальнодействия  . . . . . . . . . . .116
6.3. Вещество, поле, вакуум. Принцип суперпозиции  . . . . . . . .117
6.4. Фундаментальные постоянные мироздания . . . . . . . . . . . . . .119
6.5. Антропный космологический принцип. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
6.6. Характер движения структур мира. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126

Глава 7. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ 
МИКРОМИРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

7.1. Элементарные частицы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
7.2. Корпускулярноволновая природа микрообъектов  . . . . . .142
7.3. Концепция дополнительности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
7.4. Вероятностный характер законов микромира. 
Концепции неопределенности и причинности. . . . . . . . . . . .150
7.5. Электронная оболочка атома  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153

Глава 8. КОНЦЕПЦИИ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ. . . . . . . . . .162

8.1. Многообразие форм материи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

8.2. Вещество и его состояния  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164
8.3. Энергия и ее проявления в природе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
8.4. Законы сохранения в природе  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
8.5. Законы сохранения и принципы симметрии . . . . . . . . . . . . . .189

Глава 9. СОСТАВ, СТРУКТУРА 
И ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ . . . . . . . . . . . . . . .197

9.1. Концептуальные уровни в познании веществ  . . . . . . . . . . . .197
9.2. Состав вещества и химические системы  . . . . . . . . . . . . . . . . . .201
9.3. Структура вещества и его свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
9.4. Химические процессы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
9.5. Эволюция химических систем и перспективы химии  . . . .217

Глава 10. ПРИРОДА МЕГАМИРА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

10.1. Расстояния и размеры в мегамире  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222
10.2. Земля как планета и природное тело  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
10.3. Состав и строение Солнечной системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . .243
10.4. Солнце, звезды и межзвездная среда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
10.5. Галактики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259

Глава 11. ХАРАКТЕР ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ 
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРИРОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269

11.1. Детерминизм процессов природы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269
11.2. Термодинамика и концепция необратимости. . . . . . . . . . . .273
11.3. Проблема “тепловой смерти Вселенной”  . . . . . . . . . . . . . . . .279

Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ 
ВСЕЛЕННОЙ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286

12.1. Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная . . . . . . . . . .286
12.2. Начальная стадия Вселенной. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292
12.3. Космологические модели Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297

Глава 13. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ 
НЕБЕСНЫХ ТЕЛ, ЗЕМЛИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .301

13.1. Происхождение и эволюция галактик и звезд. . . . . . . . . . .301
13.2. Происхождение планет Солнечной системы  . . . . . . . . . . . .307
13.3. Происхождение и эволюция Земли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
13.4. Космос и Земля  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330

Глава 14. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ . . .343

14.1. Концепции происхождения жизни на Земле  . . . . . . . . . . . .343
14.2. Классификация уровней биологических структур 
и организация живых систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .357
14.3. Генная инженерия и биотехнология  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .363
14.4. Проблемы происхождения жизни во Вселенной  . . . . . . . .367

Глава 15. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . .374

15.1. Доказательства эволюции живого. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374
15.2. Пути и причины эволюции живого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378
15.3. Эволюционная теория Дарвина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381
15.4. Современная теория органической эволюции . . . . . . . . . . .384
15.5. Синтетическая теория эволюции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .387
15.6. Другие концепции эволюции живого. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .389

Глава 16. КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ 
И ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .397

16.1. Человек как предмет естественнонаучного познания. . .397
16.2. Сходства и отличия человека от животных. . . . . . . . . . . . . .399
16.3. Концепции появления человека на Земле. 
Антропология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402
16.4. Эволюция культуры человека. Социобиология. . . . . . . . . .410
16.5. Проблемы поиска внеземных цивилизаций  . . . . . . . . . . . . .415
16.6. Проблема связи с внеземными цивилизациями . . . . . . . . .420

Глава 17. ЧЕЛОВЕК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .425

17.1. Физиология человека  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .425
17.2. Эмоции и творчество  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .432
17.3. Здоровье и работоспособность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .435
17.4. Вопросы биомедицинской этики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .440

Глава 18. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ЭКОЛОГИИ  . . . . . . . . . .448

18.1. Биосфера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .448
18.2. Экология  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
18.3. Современные проблемы экологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .456
18.4. Ноосфера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .460
18.5. Демографическая проблема  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .467

Глава 19. МЕТОДЫ СОВРЕМЕННОГО 
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .474

19.1. Системный метод исследования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .474
19.2. Кибернетика — наука о сложных системах  . . . . . . . . . . . . .479
19.3. Методы математического моделирования . . . . . . . . . . . . . . .481
19.4. Математическое моделирование в экологии. . . . . . . . . . . . .484

Глава 20. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ПРИРОДЕ. . . . . . . . . . . . . .491

20.1. Парадигма самоорганизации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .491
20.2. Синергетика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .493
20.3. Особенности эволюции неравновесных систем. . . . . . . . . .495
20.4. Самоорганизация — источник и основа эволюции  . . . . . .498
20.5. Самоорганизация в различных видах эволюции  . . . . . . . .503

Глава 21. СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ 
И БУДУЩЕЕ НАУКИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .508

21.1. Особенности современного этапа развития науки. . . . . . .508
21.2. Естествознание и мировоззрение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511

21.3. Естествознание и философия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .514
21.4. Естествознание и научнотехническая революция  . . . . .516
21.5. Общие закономерности современного 
естествознания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .524
21.6. Современная естественнонаучная картина мира 
и Человек  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .526
21.7. Особенности в развитии современной науки  . . . . . . . . . . . .529

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .535

Светлой памяти наших родителей 
и учителей посвящаем эту книгу

Введение

Гармонию мира способен ли
Смертный постичь,
Чей приход и уход
Для него самого непонятен?
Ибн Сина (Авиценна)

Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования Российской Федерации требуют 
освоения студентами гуманитарных и социальноэкономических 
специальностей учебного курса по дисциплине “Концепции 
современного естествознания”. Включение данной дисциплины 
в программу гуманитарных факультетов вузов обусловлено 
необходимостью ознакомления студентов с неотъемлемым элементом единой культуры — естествознанием — и формирования 
целостного взгляда на окружающий мир. Этот курс призван 
содействовать получению широкого базового высшего образования, способствовать всестороннему развитию личности. Учебный курс отражает основной комплекс концепций современного 
естествознания, дает панораму наиболее известных методов и 
законов современной науки, демонстрирует специфику рационального метода познания окружающего мира. Это тем более 
необходимо, так как сейчас рациональный естественнонаучный 
метод все шире проникает в гуманитарную среду, формируя целостное научное знание общества. Наука приобретает все более 
универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникшая сегодня тенденция 
к гармоничному синтезу двух традиционно различных культур, 
гуманитарной и естественнонаучной, созвучна потребностям 
общества в целостном мировоззрении и подчеркивает актуальность данной дисциплины.

Для изучения предлагаются те направления и проблемы, 
которые определяют облик современного естествознания и 
научный подход к культуре. Одной из задач курса является 
формирование представлений о картине мира как основе целостности и многообразия природы. Поэтому в программу введены 
важнейшие концепции современного естествознания: представления о пространстве, времени и материи; законы сохранения в 
мире; концепции происхождения и эволюции Вселенной, жизни 
и человека; биосфера и экология; специфика самоорганизации, 
системных методов исследования и др.
Хорошо известно стремление людей найти общее в окружающем их многообразии вещей и явлений природы. Это стремление воплотилось в представлении о единстве мира. Целостное 
отражение единства мира — это результат синтеза данных естественных наук: физики, астрономии, химии, биологии и др.
Исторически мировоззрение развивалось от комплекса первобытных эмпирических знаний, мифологических, религиозных 
представлений к философскотеоретическому мировоззрению, 
и, зачастую в учениях мыслителей переплетались религиозные 
и рациональные компоненты познания. Привнесение рациональных представлений поднимало мировоззрение на качественно 
новую ступень, но не снимало еще само по себе вопроса о ненаучном отражении действительности, о наличии иррационального 
элемента в этом мировоззрении.
Стремление к единству многообразного получило одно из 
своих воплощений в научных догадках мыслителей Древнего 
Востока, античной Греции и Рима. Следует подчеркнуть, что 
эти догадки, а затем гипотезы представляли собой единство 
естественнонаучного и философского подходов к анализу действительности.
Идея о Вселенной как едином целом, законы функционирования которого доступны человеческому познанию и пониманию, сыграли и продолжают играть конструктивную роль в 
формировании научной картины мира. Действительно, именно 
эта идея краеугольным камнем лежит в мировоззренческом 
и методологическом основании современной науки. “Основой