Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции

Серия «Библиотека студента»




Е. Н. Френкель





КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ФИЗИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ







Ростов-на-Дону


ЕНИКС
2014

УДК 50(075.8)
ББК 20я73
КТК 100
   Ф87

Рецензенты:
     Попова Марина Николаевна, доктор химических наук, профессор, заместитель директора Института строительства и архитектуры Московского государственного строительного университета, начальник учебно-методического центра;
     Доронин Сергей Юрьевич, доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии и химической экологии Института химии Саратовского государственного университета;
     Бровко Сергей Александрович, кандидат философских наук, профессор, заведующий кафедрой общественных и гуманитарных наук Вольского военного института материального обеспечения


     Френкель Е. Н.
Ф87 Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции: учебное пособие / Е. Н. Френкель. — Ростов н/Д : Феникс, 2014. — 246, [1] с. — (Библиотека студента).

     ISBN 978-5-222-21984-3

        Учебное пособие содержит описание основных концепций современного естествознания, причем основной акцент сделан на описание физических, химических и биологических концепций. Особое внимание уделяется проблемам практического использования естественнонаучных знаний, а также влиянию физических и химических факторов на здоровье человека.
        Учебное пособие составлено на основе курса лекций, разработанных доцентом кафедры химии, заслуженным работником высшей школы Российской Федерации Френкель Евгенией Николаевной.
        Пособие предназначено для студентов вузов гуманитарного профиля.






ISBN 978-5-222-21984-3

УДК 50(075.8)
ББК 20я73


                             © Френкель Е. Н., 2014
                             © Оформление: ООО «Феникс», 2014

                СОДЕРЖАНИЕ





От автора................................................ 6

Глава 1
Естествознание и окружающий мир.......................... 7
   1.1. Роль естествознания в формировании профессиональных знаний.............................. 7
   1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры...... 9
   1.3. Формы естественнонаучного познания............. 14
   1.4. Псевдонаучные тенденции.........................26
   Вопросы для самоконтроля............................ 30

Глава 2
История естествознания................................. 31
   2.1. Античные школы естествознания.................. 31
   2.2. Естествознание Средневековья....................40
   2.3. Естествознание эпохи Возрождения................42
   2.4. Классическое естествознание.....................47
   2.5. Научные картины мира и научные революции........49
   Вопросы для самоконтроля............................ 62

Глава 3
Материя, ее атрибуты..................................... 63
   3.1. Структура и системная организация материи........ 63
   3.2. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.................................... 64
   3.3. Пространство и время........................... 68
   Вопросы для самоконтроля............................ 74

Глава 4
Структурные уровни организации материи................. 76
   4.1. Микро-, макро- и мегамиры...................... 76


3

Концепции современного естествознания

   4.2. Эволюция и структура Вселенной................. 78
   4.3. Современные представления о Вселенной.......... 82
   Вопросы для самоконтроля............................ 88

Глава 5
Нуклонный уровень организации материи ................. 89
   5.1. Микромир: элементарные частицы................. 89
   5.2. Строение атомного ядра......................... 92
   5.3. Ядерные процессы. Радиоактивность и биосфера... 96
   5.4. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц.... 103
   5.5. Распределение электронов в многоэлектронных атомах............................................. 106
   Вопросы для самоконтроля............................112

Глава 6
Фундаментальные законы Ньютона.........................114
   6.1. Классическая концепция Ньютона.................114
   6.2. Законы сохранения. Принципы симметрии..........119
   Вопросы для самоконтроля........................... 124

Глава 7
Электрическое и электромагнитное поля................. 125
   7.1. Электрический заряд. Характеристики электрического поля................................ 125
   7.2. Проводники в электрическом поле. Электростатическая защита.......................... 131
   7.3. Постоянный электрический ток. Условия возникновения электрического тока.................. 133
   7.4. Действие электрического тока на человека...... 137
   7.5. Магнитное поле и его характеристики........... 140
   7.6. Электромагнитные поля. Влияние электромагнитных полей на здоровье человека......................... 148
   7.7. Электромагнитные волны. Электромагнитная природа света...................................... 152
   7.8. Развитие представлений о квантовой природе излучения.......................................... 160
   Вопросы для самоконтроля........................... 164

4

Содержание

Глава 8
Статистические и термодинамические свойства макросистем.......................................... 165
   8.1. Термодинамические законы..................... 165
   8.2. Элементы учения о скорости химической реакции и химическом равновесии........................... 177
   8.3. Необратимые и обратимые реакции. Равновесие химических и биохимических процессов.............. 182
   8.4. Самоорганизация в живой и неживой природе (элементы синергетики)............................ 185
   Вопросы для самоконтроля.......................... 195

Глава 9
Биологический уровень организации материи............ 197
   9.1. Современные представления о происхождении и эволюции жизни.................................. 197
   9.2. Синтетическая теория эволюции. Эволюция человека..................................202
   9.3. Особенности биологического уровня организации материи................................208
   9.4. Строение и разновидности клеток...............210
   9.5. Нуклеиновые кислоты — носители генетической информации.........................................214
   9.6. Растительный и животный мир...................221
   9.7. Физиологические потребности и жизнеобеспечение человека...........................................224
   Вопросы для самоконтроля.......................... 232

Список литературы.....................................233

Приложения............................................235

                ОТ АВТОРА





    Предлагаемое вашему вниманию учебное пособие по дисциплине «Концепции современного естествознания» (КСЕ) содержит понятия и дидактические единицы, входящие в ФГОС, проверяемые при ежегодном тестировании: история естествознания, электричество, химические системы, синергетика, эволюционная парадигма, особенности живого и т. д. В учебном пособии все эти понятия раскрыты полностью, в доступной форме, изложены в логической последовательности. Кроме того, показана практическая значимость понятий и законов, показано, что нужно знать об окружающем нас мире любому образованному человеку. Читая это пособие, вы узнаете:
    •	S становится ли радиоактивной или опасной для здоровья пища из «микроволновки»;
    J где укрыться от грозы и что это такое;
    •	S что такое магнитные бури и как они на нас действуют;
    •	S что такое ГМО;
    •	S получите ответы на многие другие вопросы об окружающем мире.
    Пособие создано на основе курса лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания». Автор выражает искреннюю благодарность профессору Френкелю Е. Э., который помогал в работе над данной книгой.

Глава 1





                ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
                И ОКРУЖАЮЩИЙ МИР




        1.1. Роль естествознания
        в формировании профессиональных знаний

   Прогресс современного общества немыслим без научного прогресса, без получения новых знаний, новой информации. Всю информацию, которую получал и получает человек, можно разделить на две части:
   • естественнонаучную (информацию о природе), о том, что существует независимо от сознания человека;
   • гуманитарную, т. е. информацию о самом человеке и его творчестве.
   Соответственно, в науке четко выделяются науки о природе (естествознание) и системы знаний о художественных, духовных ценностях бытия (гуманитарные науки). Естественнонаучная культура исследует органическую и неорганическую природу Земли и Вселенной. Гуманитарные культуры изучают духовные ценности, произведения литературы, философии, искусства.
   История человеческого общества знала времена, когда эти две взаимосвязанные ветви общечеловеческой культуры находились в конфронтации, в отрыве друг от друга настолько, что представители каждой из них едва понимали друг друга.
   В настоящее время многие понимают необходимость взаимодействия науки и искусства, необходимость учета этических, нравственных проблем при решении глобальных научных задач. Ученый, которого не волнует чужая жизнь, который может поставить эксперимент на людях или над целой планетой, более опасен, чем неграмотное воинственное племя.
   Современное естествознание — комплекс наук о природе.

7

Концепции современного естествознания

    Человек — дитя природы и жить вне нашей планеты не может. Еще на заре цивилизации наши предки задумывались над тем, как устроен мир. Современный человек ответил на некоторые, но далеко не на все вопросы своего древнего «брата по разуму». Для того чтобы соответствовать гордому званию homo sapiens, каждый человек, независимо от профессии, должен понимать основные принципы, законы, концепции современного естествознания.
    Современное естествознание — это системная наука, и оно включает в себя такие науки, как физика, химия, биология, экология, физическая химия, биофизика, биохимия, астрономия и др. Для того чтобы понять основы профессиональных знаний, совсем не обязательно становиться «физиком» или «химиком», достаточно понять и осмыслить основные концепции этих наук.
    Концепции — это основополагающие идеи данной науки и системный подход к ее изучению
    Цель изучения дисциплины Концепции современного естествознания (КСЕ) — формирование естественнонаучной картины мира. Дисциплина КСЕ позволяет получить фундаментальные комплексные знания о природе и на их основе глубоко изучить специальные дисциплины, определить свое место в этом мире, понять, какую роль играет человек в окружающем нас царстве Природы.
    Этот подход в получении знаний вы можете использовать в ходе всего обучения. Главное, вы должны понять: мы не можем вас научить, если вы сами не будете учиться. Знания не приходят сами по себе. Пока каждый из вас не поставит перед собой цель приобрести знания, а не получить оценку, — успеха не будет. Успех придет, если следовать девизу: «Знать, чтобы предвидеть, предвидеть, чтобы действовать со знанием дела».
    Необходимость в изучении основных концепций естественных наук возникла в современном мире потому, что забвение фундаментальных истин и законов наносит невосполнимый ущерб природе и обществу.
    Человек в XX веке проник в Космос и в глубь ядра атома, научился получать новые растения и материалы, он расшифровал геном человека и создал компьютеры, без которых немыслима современная жизнь. Однако гораздо менее он преуспел в рациональном и бережном отношении к природе. В настоящее время исче

8

Глава 1. Естествознание и окружающий мир

зает 4-6 тыс. видов живых существ в год. Это примерно в 10 000 раз больше естественной скорости их вымирания до появления человека.
    Новые технологии земледелия, промышленности требуют интенсивного потока химических веществ, значительная часть которых синтезирована в XX веке, и до сих пор до конца не установлено их влияние на человека. Поэтому в современном мире многие люди «болеют» хемофобией, то есть во всех бедах нашего мира, в экологических проблемах, в низком качестве некоторых пищевых продуктов обвиняют химию. Так рассуждать может обыватель, а образованные люди видят реальную опасность и могут ее избежать.
    Без развитой энергетики невозможно существование ни одной страны. Но именно энергетика является причиной глобального нарушения экологического равновесия. Поскольку любой человек, вольно или невольно, вносит свой вклад в это «черное дело», то от каждого из нас зависит, в какую сторону сместится это равновесие в будущем. Нужно понимать причину происходящего, а для этого необходимо знать об основных проблемах современного естествознания, в том числе проблемах физики, химии и экологии.
    Например, любой современный человек должен иметь понятие о механических и электрических явлениях, знать, как работают автомашины, компьютеры. Он должен знать и об опасности невидимых лучей, которые испускают СВЧ-печи и локаторы, компьютеры и телевизоры, линии электропередачи и так далее. Предупрежден — значит вооружен, а если понимаешь причину, легко предскажешь следствие. Поэтому дисциплина КСЕ является основой для получения качественного образования в любой сфере.


        1.2.  Естественнонаучная и гуманитарная культуры

    Понятие «культура» многогранно. Этим словом обозначаются:
    • сорта растений, выведенные специалистами в ходе селекционной работы;
    • процессы совершенствования телесных, нравственных и интеллектуальных качеств человека;


9

Концепции современного естествознания

    • совокупность обычаев, традиций, верований и образа жизни народов;
    • особый неприродный тип бытия, созданный человечеством в его истории;
    • системы положительно значимых ценностей в жизнедеятельности людей и т. д.
    Культура — это исторически определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека. Выражается в типах и формах организации жизни и деятельности людей, в их взаимоотношениях, а также в создаваемых ими материальных и духовных ценностях.
    В современной культуре четко выделяются:
    • системы знаний о природе — естествознание (естественные науки);
    • системы знаний о позитивно значимых ценностях бытия индивида, групп, государства, человечества— гуманитарные науки.
    Гуманитарная культура изучает духовные ценности, произведения литературы, философии, искусства. Она основывается на знаниях этики, религиоведения, юриспруденции, искусствознания, философии, литературоведения, педагогики, психологии и других наук. Системообразующие ценности гуманитарных наук — гуманизм, идеалы добра, свободы, совершенства и т. д. Эти ценности имеют решающее значение в целеполагающей деятельности людей, так как поднимают человека от состояния животного эгоизма к всесторонней общественной жизни. Важно подчеркнуть, что в гуманитарной культуре существенным образом представлены интересы субъекта. Поэтому неизбежны различные варианты осмысления и оценки «позитивности» одних и тех же общественных явлений для различных людей, группы, социума, государства. В этом и заключается специфика гуманитарной культуры. Для нее характерны: субъективизм, сложность экспериментального обоснования теоретических знаний, влияние идеологии, интерес к неповторимым свойствам изучаемых предметов.
    Естественнонаучная культура исключает субъективизм ученого.

10