Концепции современного естествознания

Концепции 

современного 
естествознания

Москва 

ВузоВский учебник

инФРА-М 

201Учебное пособие

в.п. романов

Допущено в качестве учебного пособия  

для студентов высших учебных заведений,  

обучающихся по направлению подготовки «Менеджмент»  

и специальностям «Менеджмент организации», «Маркетинг»,  

«Государственное и муниципальное управление»,  

«Прикладная информатика в экономике», «Комплексная защита  

объектов информатизации», «Юриспруденция»,  

«Перевод и переводоведение», «Управление качеством»

четвертое издание, исправленное и дополненное

УДК 50(075.8)
ББК 20я73
 
Р69

Романов В.П.
Концепции современного естествознания: учеб. пособие для 

студентов вузов / В.П. Романов. — 4-е изд., испр. и доп. — М.: 
Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2019. — 286 с.

ISBN 978-5-9558-0189-6 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-004638-9 (ИНФРА-М)

В учебном пособии на концептуальном уровне рассмотрены до
стижения и тенденции развития современного естествознания. Это 
позволило интегрировать разрозненные знания о неживой и живой 
природе и человеческом обществе в целостную естественно-научную 
картину мира. Большое внимание уделено мировоззренческим и методологическим аспектам естественно-научного знания.

Для студентов высших учебных заведений, может быть интересно 

и полезно преподавателям, аспирантам и всем интересующимся проблемами естествознания.

Р69

© Вузовский учебник, 

2008, 2011

ISBN 978-5-9558-0189-6 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-004638-9 (ИНФРА-М)

Р е ц е н з е н т ы :
кафедра физики Московской государственной академии приборо
строения и информатики (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. А.С. Беланов);

А.Ф. Попков, д-р физ.-мат. наук, проф. (нии физических проблем 

им. Ф.В. Лукина)

Фз

№ 436-Фз

издание не подлежит маркировке 

в соответствии с п.1 ч.4 ст.11

УДК
50(075.8)

ББК
20я73

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 1
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О НАУКЕ 
И ЕЕ МЕТОДОЛОГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1.  Наука как рациональная сфера человеческой 
деятельности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.  Классификация наук  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.  Естествознание. Методы естественно-научного 
познания мира . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.4.  Естественно-научная и гуманитарная культуры. . . . . . . . 18

1.5.  Наука и философия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21

1.6.  Наука и религия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24
Литература к главе 1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Глава 2
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ 
И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.1.  Микро-, макро- и мегамиры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.  Этапы развития атомистической концепции . . . . . . . . . . . 28

2.3.  Фундаментальные взаимодействия в природе . . . . . . . . . 34
Литература к главе 2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Глава 3
КОНЦЕПЦИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.1.  Основные этапы развития представлений 
о пространстве и времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.  Основы классической механики и их связь 
со свойствами пространства и времени . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.3.  Пространство и время в специальной и общей 
теории относительности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Литература к главе 3  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Глава 4
СИММЕТРИЯ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1.  Связь законов сохранения с пространственновременными преобразованиями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.2.  Закон сохранения импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.3.  Закон сохранения энергии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.1. Работа и кинетическая энергия . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.2. Потенциальная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.3. Полная механическая энергия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Литература к главе 4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Глава 5
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ 
МЕТОДЫ АНАЛИЗА СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.1.  Уравнение состояния. Нулевое начало 
термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.2.  Первое начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.3.  Второе начало термодинамики. 
Энтропия и ее статистический смысл . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.4. 
Третье начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5.5.  Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной  . . . . . . . . . . . . . . 78

5.6.  Термодинамика открытых систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Литература к главе 5  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Глава 6
КОНЦЕПЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.1. 
Взаимодействие зарядов. Основы электростатики . . . . . 82

6.2.  Электрический ток. Закон Ома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.3.  Магнитное поле движущихся зарядов  . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6.4.  Электромагнитная теория Максвелла . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.5.  Электромагнитные волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.6.  Волновая оптика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.7.  Интерференция света  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6.8.  Дифракция света  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Литература к главе 6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Глава 7
КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7.1.  Корпускулярно-волновой дуализм света 
и микрочастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.  Принцип неопределенности Гейзенберга 
и принцип дополнительности Бора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.3.  Вероятностно-статистический характер 
поведения микрочастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.4.  Релятивистская квантовая физика. 
Физический вакуум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.5.  Атомы, молекулы и вещество с точки зрения 
квантовой теории  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.6.  Природа межатомных и межмолекулярных 
связей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Литература к главе 7  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Глава 8
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

8.1.  Общие представления о Вселенной 
и ее происхождении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.1.1. Модели нестационарной Вселенной  . . . . . . . . . . . . 126
8.1.2. Модель «горячей Вселенной»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.1.3. Модель раздувающейся Вселенной  . . . . . . . . . . . . . 131

8.2.  Звезды и галактики  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.3.  Солнечная система. Происхождение 
и строение Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Литература к главе 8  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Глава 9
БИОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

9.1.  Гипотезы происхождения жизни  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

9.2.  Основные принципы эволюции жизни  . . . . . . . . . . . . . . . 150

9.3.  Появление человека на Земле и его эволюция . . . . . . . . 152

9.4.  Биологическая клетка как элементарная единица 
живого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
9.4.1.  Строение клетки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.4.2.  Жизненный цикл клетки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.4.3.  Структурно-функциональная организация 
генетического материала  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
9.4.4.  Использование генетической информации 
в процессах жизнедеятельности. 
Синтез белка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

9.5.  Виды живых систем. Свойства жизни . . . . . . . . . . . . . . . . 174

9.6.  Основные уровни организации живого . . . . . . . . . . . . . . . 177
Литература к главе 9  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Глава 10
КОНЦЕПЦИИ БИОСФЕРЫ И НООСФЕРЫ ЗЕМЛИ  . . . . . . . . . . . 185

10.1.  Современные представления о биосфере Земли . . . . . . 185

10.2.  Учение Вернадского о ноосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

10.3.  Общие представления о пневмасфере . . . . . . . . . . . . . . . 191

10.4.  Космические и биологические циклы . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Литература к главе 10  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Глава 11
КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

11.1.  Самоорганизующиеся системы и их свойства  . . . . . . . . 200
11.2.  Пороговый характер самоорганизации. 
Бифуркация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

11.3.  Самоорганизация в химических реакциях . . . . . . . . . . . . 210
11.4.  Самоорганизация в живой природе 
и в человеческом обществе  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Литература к главе 11  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Глава 12
КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

12.1.  Принципы устойчивого развития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

12.2.  Планетарное мышление  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

12.3.  Универсальный эволюционизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

12.4.  Путь к единой культуре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Литература к главе 12  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

ПРИЛОЖЕНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Приложение к главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Основные достижения естествознания . . . . . . . . . . . . . 227
Классификация наук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Методы научных исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Приложение к главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Иерархические уровни организации материи . . . . . . . 232
Этапы развития атомистической концепции . . . . . . . . 232
Классификация элементарных частиц  . . . . . . . . . . . . . 234
Фундаментальные взаимодействия в природе . . . . . . . 235

Приложение к главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Этапы развития концепции пространства 
и времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Приложение к главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Симметрия и законы сохранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Приложение к главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Начала термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Приложение к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Этапы развития химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Приложение к главе 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Эпохи эволюции Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Этапы эволюции звезд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Строение Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Приложение к главе 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Аксиомы биологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Гипотезы происхождения жизни  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Принципы эволюции жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Эволюция рода Homo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
Биологические системы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Свойства живых систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

Основные уровни организации живого . . . . . . . . . . . . . 265

Приложение к главе 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Состав биосферы (по В.И. Вернадскому) . . . . . . . . . . . 266
Космические циклы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Биологические циклы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Классификация биоритмов по частоте 
осцилляций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Приложение к главе 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Свойства самоорганизующихся систем . . . . . . . . . . . . . 269

Приложение к главе 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Принципы устойчивого развития . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Виды эволюционизма  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Литература к приложениям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Предисловие

В настоящее время вследствие процесса дифференциации научного знания увеличивается количество научных дисциплин, и 
сейчас их насчитывается уже несколько тысяч. Это ведет к тому, 
что специалистам, решающим те или иные вопросы в рамках конкретных наук, становится все труднее следить за достижениями не 
только науки в целом, но и смежных областей конкретных наук. 
В связи с этим большое значение приобретает систематизация 
научного знания на концептуальном уровне, позволяющем анализировать новые знания, добываемые в различных отраслях науки, 
на основе наиболее важных теоретических положений, идей, алгоритмов и т.п. 
Создание такой дисциплины, как «Концепции современной 
науки» будет способствовать формированию представлений о том, 
как устроен окружающий нас мир в целом, какие фундаментальные законы действуют в этом мире, как зародилась и развивается 
жизнь, что представляет собой человек и каково его предназначение, что такое разум и дух, как взаимодействуют материя, разум и 
дух и т.п. Первым шагом на пути в этом направлении является 
интенсивно идущий сейчас процесс формирования основ курса 
«Концепции современного естествознания». Это связано с введением данного курса в учебные программы социальных и гуманитарных специальностей высших учебных заведений России.
Предлагаемое учебное пособие по дисциплине «Концепции 
современного естествознания» соответствует Государственному 
образовательному стандарту высшего профессионального образования по циклу «Общие математические и естественно-научные 
дисциплины» для подготовки бакалавров и дипломированных специалистов по направлениям «Менеджмент», «Менеджмент организации», «Маркетинг», «Государственное и муниципальное 
управление», «Прикладная информатика в экономике», «Комплексная защита объектов информатизации», «Юриспруденция», 
«Лингвистика и межкультурная коммуникация», «Перевод и переводоведение», «Управление качеством» и др.
В данном учебном пособии на концептуальном уровне рассмотрены достижения и тенденции развития современного естество

знания. Это позволило интегрировать разрозненные знания о неживой и живой природе и человеческом обществе в целостную 
естественно-научную картину мира. Большое внимание уделено 
мировоззренческим и методологическим аспектам естественнонаучного знания. В конце каждой главы приведен список литературы, использованной при ее написании. Пособие включает приложения и словарь основных терминов.
Приложения содержат схемы, таблицы, рисунки, в которых в 
структурированном виде представлен учебный материал, отражающий содержательную характеристику естественно-научного знания, придает ему наглядность и способствует лучшему усвоению 
студентами изучаемого курса.
В данном учебном пособии отражен многолетний опыт автора 
преподавания курса «Концепции современного естествознания» в 
Московском государственном институте электронной техники и 
Институте международного бизнес-образования. 
Автор признателен профессорам А.А. Абрамову и Н.И. Боргардту, доценту А.С. Овчинникову и всем коллегам по кафедре общей 
физики Московского государственного института электронной 
техники, чьи замечания и советы способствовали улучшению содержания данной книги.
Автор благодарит профессора А.Ф. Попкова и профессорскопреподавательский коллектив кафедры физики Московской государственной академии приборостроения и информатики и лично 
заведующего кафедрой профессора А.С. Беланова за их труд по 
рецензированию пособия.