Концепции современного естествознания

Министерство образования и науки Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

ФАКУЛЬТЕТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ (ФДО)

О. В. Воеводина

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебное пособие

Томск
2015

УДК
5(075.8)
ББК
20я73
В 630

Рецензенты:

Брудный В. Н., докт. физ.-мат. наук, профессор,
директор научно-образовательного центра «Наноэлектроника»;
Ивонин И. В., докт. физ.-мат. наук, проректор по научной работе
Томского государственного университета.

Воеводина О. В.
В 630
Концепции
современного
естествознания
:
учебное
пособие
/
О. В. Воеводина. — Томск : факультет дистанционного обучения ТУСУРа,
2015. — 206 с.

Учебное пособие представляет собой конспект лекций по курсу «Концепции современного естествознания». Конспект не является научным трудом, поэтому в тексте нет ссылок на научную литературу. Список литературы, цитируемой автором, которым можно воспользоваться для более
глубокого освоения предмета, приведен в конце конспекта.

Учебное пособие имеет целью помочь студентам ТУСУРа сориентироваться в безбрежном океане учебной литературы по данной дисциплине
и на еще более бескрайних просторах Интернет-сайтов.

Учебное пособие предназначено для студентов различных гуманитарных специальностей, изучающих данную дисциплину и обучающихся на
всех формах обучения, в том числе с использованием дистанционных образовательных технологий.

УДК
5(075.8)
ББК
20я73

Воеводина О. В., 2015

Оформление.
ФДО, ТУСУР, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
8

1
Методы научного познания
12

1.1
Методы эмпирического уровня познания
. . . . . . . . . . . . . . . . .
12

1.2
Теоретический уровень научного познания природы . . . . . . . . . .
13

1.3
Методы, используемые и на теоретическом, и на
экспериментальном уровне научного познания природы . . . . . . . .
15

1.4
Примеры физических моделей реального мира . . . . . . . . . . . . . .
16

2
Античная картина мира
20

2.1
Понимание материи
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21

2.1.1
Атомистическая концепция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21

2.1.2
Континуальная концепция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22

2.2
Представления о движении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23

2.3
Взаимодействие. Близкодействие и дальнодействие . . . . . . . . . . .
25

2.4
Пространство и время. Субстанциальная и реляционная концепции .
26

2.5
Представления о причинности, закономерности и случайности . . . .
27

2.5.1
Концепция жесткого детерминизма
. . . . . . . . . . . . . . . .
27

2.5.2
Телеологическая концепция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27

2.6
Представления об общем устройстве и происхождении мира . . . . .
28

2.6.1
Геоцентризм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28

2.6.2
Пантеизм
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29

3
Естествознание эпохи возрождения и Нового времени.
Механистическая Ньютоновская картина мира
30

3.1
Понимание материи
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31

3.2
Представления о движении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32

3.2.1
Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета . . .
32

3.2.2
Второй закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

3.3
Представления о взаимодействии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

3.3.1
Третий закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

3.3.2
Закон всемирного тяготения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35

3.4
Представления о пространстве и времени . . . . . . . . . . . . . . . . .
37

3.5
Законы сохранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38

3.5.1
Виды симметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38

3.5.2
Теорема Эмми Нётер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39

3.5.3
Закон сохранения и превращения энергии . . . . . . . . . . . .
39

3.5.4
Закон сохранения импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40

Оглавление

3.5.5
Закон сохранения момента импульса
. . . . . . . . . . . . . . .
41

3.6
Представления о причинности, закономерности и случайности . . . .
41

3.7
Представления об общем устройстве и происхождении мира . . . . .
42

4
Релятивистская картина мира
45

4.1
Пространство и время в релятивистской картине мира . . . . . . . . .
45

4.2
Классический закон сложения скоростей
. . . . . . . . . . . . . . . . .
46

4.3
Опыт Майкельсона—Морли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46

4.4
Частная (специальная) теория относительности (СТО) . . . . . . . . .
46

4.5
Два постулата специальной теории относительности . . . . . . . . . .
47

4.6
Преобразования Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48

4.7
Принцип соответствия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49

4.8
Следствия из преобразований Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49

4.8.1
Лоренцево сокращение длины
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49

4.8.2
Промежуток времени между событиями . . . . . . . . . . . . .
50

4.8.3
Преобразование скоростей. Релятивистский закон сложения
скоростей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

4.8.4
Одновременность событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

4.8.5
Причинно-следственная связь между событиями . . . . . . . .
52

4.9
Релятивистское выражение для импульса . . . . . . . . . . . . . . . . .
53

4.9.1
Релятивистское выражение для энергии
. . . . . . . . . . . . .
54

4.10 Четырёхмерное пространство-время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55

4.11 Пространственно-временной интервал между событиями . . . . . . .
56

4.12 Понятие об общей теории относительности . . . . . . . . . . . . . . . .
57

4.12.1 Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57

4.12.2 Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции . . . . . . .
57

4.12.3 Принцип эквивалентности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58

4.12.4 Кривизна пространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59

4.12.5 Наблюдения, подтверждающие справедливость ОТО . . . . .
61

4.12.6 Возможность появления черных дыр . . . . . . . . . . . . . . .
62

4.12.7 Основная идея теории относительности
. . . . . . . . . . . . .
63

5
Развитие представлений об устройстве мира в термодинамике
и молекулярной физике
65

5.1
Динамические и статистические закономерности в природе . . . . . .
65

5.2
Что такое вероятность? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66

5.3
Функция распределения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66

5.4
Основной постулат молекулярной физики . . . . . . . . . . . . . . . . .
67

5.5
Классическая термодинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68

5.5.1
Первое начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69

5.5.2
Второе начало термодинамики. Понятие энтропии . . . . . . .
70

5.5.3
Энтропия и информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73

5.5.4
Энтропия с точки зрения термодинамики . . . . . . . . . . . . .
74

5.5.5
Стрела времени (направленность физических процессов) . . .
76

5.5.6
Гипотеза тепловой смерти Вселенной . . . . . . . . . . . . . . .
77

5.5.7
Свойства энтропии
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77

5.5.8
Энтропия в открытых системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78

Оглавление
5

5.5.9
Постулат Нернста. Третье начало термодинамики . . . . . . .
78

5.5.10 Тепловые двигатели и охрана окружающей среды . . . . . . .
79

6
Электромагнитная картина мира
81

6.1
«Электромагнитные» представления древних . . . . . . . . . . . . . . .
81

6.2
Полевая форма существования материи — электрическое поле . . . .
82

6.2.1
Два вида электричества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82

6.2.2
Процесс заряжения тела (электризация)
. . . . . . . . . . . . .
82

6.2.3
Закон сохранения электрического заряда . . . . . . . . . . . . .
83

6.2.4
Электрическое поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83

6.2.5
Электрический заряд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84

6.2.6
Напряженность электрического поля
. . . . . . . . . . . . . . .
85

6.2.7
Силовые линии электрического поля . . . . . . . . . . . . . . .
86

6.2.8
Электрический ток
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86

6.3
Полевая форма существования материи — магнитное поле . . . . . . .
87

6.3.1
Силовые линии магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88

6.3.2
Явление электромагнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . .
89

6.4
Система уравнений Максвелла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89

6.5
Полевая форма существования материи — электромагнитное поле . .
90

6.6
Электромагнитное взаимодействие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91

6.7
Явления интерференции и дифракции . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92

6.8
Основные характеристики электромагнитной картины мира . . . . . .
94

7
Квантово-полевая картина мира
98

7.1
Тепловое излучение
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
98

7.1.1
Излучение абсолютно черного тела . . . . . . . . . . . . . . . .
99

7.1.2
Характеристики теплового излучения . . . . . . . . . . . . . . .
99

7.1.3
«Ультрафиолетовая катастрофа» . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

7.2
Квантовая теория света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.1
Гипотеза Планка. Формула Планка . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7.2.2
Фотоэффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7.3
Концепция корпускулярно-волнового дуализма . . . . . . . . . . . . . . 104
7.3.1
Волновые свойства частиц. Волны де Бройля . . . . . . . . . . 104

7.3.2
Волновая функция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7.3.3
Уравнение Шрёдингера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7.3.4
Собственные значения энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

7.4
Принцип неопределенностей Гейзенберга . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

7.5
Представления о детерминированности событий в мире . . . . . . . . 110

7.6
Принцип дополнительности
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

7.7
Природа атомного ядра. Состав атомного ядра . . . . . . . . . . . . . . 112

7.8
Ядерные силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

7.9
Концепция виртуальных частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

7.10 Представления о матери в современной картине мира . . . . . . . . . 113
7.11 Радиоактивные превращения ядер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.12 Слабое взаимодействие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.13 Элементарные частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.14 Концепция кварков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Оглавление

7.15 Античастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.16 Четыре вида фундаментальных взаимодействий, существующих
в природе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

7.17 Модели великого объединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

8
Концепции рождения и эволюции Вселенной
119

8.1
Космология древности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

8.2
Модели стационарной Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

8.3
Теория нестационарной Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

8.4
Гипотеза «горячей Вселенной» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

8.5
Звездная эволюция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.5.1
Образование нейтронной звезды . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.5.2
Образование черной дыры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.5.3
Белые карлики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

8.6
Структура Вселенной
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

8.7
Темная материя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.8
Темная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.9
«Наша» Галактика
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.10 Концепции космогонии. Система Земля — Луна
. . . . . . . . . . . . . 125

8.11 Жизнь и разум во Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

9
Концепции химии
129

9.1
Определение химического элемента
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.2
Закон сохранения массы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

9.3
Понятие молекулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

9.4
Периодический закон химических элементов — фундаментальный
закон природы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

9.5
Концепции неорганической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.5.1
Химическая реакция
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

9.5.2
Скорость химической реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

9.5.3
Закон действия (действующих) масс . . . . . . . . . . . . . . . . 134

9.5.4
Принцип Ле Шателье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

9.5.5
Катализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

9.6
Концепции органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

9.7
Успехи органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

9.8
Эволюционная химия
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

10 Концепции биологии
142

10.1 Отличие живых существ от неживых объектов . . . . . . . . . . . . . . 143
10.2 Что такое белки? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.3 Аминокислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
10.4 Биосинтез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
10.5 Что такое ген? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
10.6 Хромосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.7 Принципы передачи наследственных признаков от родительских
организмов к их потомкам. Законы Грегора Иоганна Менделя . . . . 149

10.8 Основные положения клеточной теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Оглавление
7

10.9 Ткани живых организмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.10 Органная организация тканей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
10.11 Организменная организация биологических систем . . . . . . . . . . 158

10.11.1 Надцарство прокариот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
10.11.2 Надцарство эукариот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10.12 Онтогенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

10.12.1 Эмбриональный период развития . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
10.12.2 Период постэмбрионального развития . . . . . . . . . . . . . . 166

10.13 Популяция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

10.13.1 Популяционные волны или волны жизни . . . . . . . . . . . . 168
10.13.2 Изоляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.13.3 Мутации
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.13.4 Естественный отбор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

10.14 Видовый уровень организации органических материальных систем
170

10.15 Биоценоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.16 Биогеоценоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
10.17 Биосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

10.17.1 Возникновение жизни на Земле . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
10.17.2 Учение о биосфере академика В. И. Вернадского . . . . . . . . 177
10.17.3 Ноосфера — сфера разума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

11 Концепции синергетики. Принцип универсального эволюционизма
182

11.1 Условия возникновения самоорганизации . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
11.2 Примеры наблюдаемых явлений самоорганизации
. . . . . . . . . . . 185

11.3 Концепция универсального эволюционизма . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Заключение
189

Литература
191

Глоссарий
192

ВВЕДЕНИЕ

Зададим вопрос: «В связи с чем предмет «Концепции современного естествознания» введён в федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по ряду направлений подготовки бакалавров?»

Что означает название данной дисциплины? Что данная дисциплина изучает?
Концепция (лат. conceptio — понимание) — основная точка зрения, трактовка явления.

Современные. Обязательно ли это теории, возникшие в последнее время? Нет,
многие идеи, на которых строится современное естествознание, были сформулированы достаточно давно, однако их актуальность не вызывает сомнения. В современной науке живут идеи, выдвинутые Аристотелем, Пифагором, Платоном и многими другими мыслителями прошлого. Современными являются концепции, лежащие в основе современных представлений о мире, в основе наиболее выдающихся
результатов естествознания, в основе современной культуры.

Естествознание — наука о природе (не об обществе). Великий мыслитель древности Аристотель (384–322 гг. до н. э.) свой труд, посвященный исследованию природы, назвал «Физика» (греч. ´υση — природа). Так учение о природе с тех пор
и называется. Что такое природа? Это весь окружающий нас материальный мир,
вся Вселенная.

Как и почему именно таким образом, а не иначе устроен окружающий нас мир?
Из чего, из каких «первокирпичиков» он состоит? Как возник? Каким образом
изменяется? Каким законам подчиняется? Ответы дает наука о природе — физика.

Зародилась наука о природе, физика, в глубокой древности, поскольку загадочные явления природы всегда привлекали к себе внимание людей.

Первоначально единая наука о природе включала в себя всю совокупность
знаний о природных явлениях, происходящих и на Земле, и на небе. Затем из
единой науки о природе по мере дифференциации (установления различий) знаний, дифференциации методов исследования стали выделяться отдельные науки.
Таким образом, наука о природе — физика — это колыбель, фундамент, основа всех
естественных наук, начало всех начал. Фактически можно считать все остальные
естественные науки подразделами физики. Физика — основа космологии; физика
и космология — основа химии; физика и химия — основа биологии; физика, химия
и космология — основа геологии. Физика — всеобъемлющая наука. Никакой процесс природы не находится вне физики. Существуют общие, объективные, не за

Введение
9

висящие от воли и желания людей законы природы, законы физики. Им подчиняются явления, исследуемые и астрономами, и химиками, и биологами, и геологами,
подчиняется все, что происходит вокруг нас в мире неживой и живой природы.

Зачем гуманитариям нужны естественнонаучные знания? Какая польза от естественнонаучных знаний?

Естественнонаучные знания и основанные на них современные технологии
формируют новый образ жизни. Современный человек не может дистанцироваться
от фундаментальных знаний об окружающем мире, не рискуя оказаться беспомощным в своей профессиональной деятельности любой направленности.

Да, естественные науки в развитии современной цивилизации обеспечивают
научно-технический прогресс, но, кроме того, естественные науки формируют особый тип мышления, особый тип критически-аналитической рациональности (лат.
ratio — разум, разумность, осмысленность), что необходимо для мировоззренческой ориентации современного человека. Недостаток этого типа мышления приводит к кризисным ситуациям в обществе. Мировоззренческие функции современного естествознания не сводятся только к тому, что оно дает знания о природе, поскольку само знание — это еще не мировоззрение. Оно становится таковым, когда
в общественное сознание входит тот тип рациональности, который дают естественные науки. Научное мировоззрение обеспечивает восприятие достижений науки
обществом, обеспечивает устойчивость к манипуляциям общественным сознанием.

Можно сказать, что духовность во многом определяется естественнонаучными
знаниями и умением разбираться в окружающем мире.

В чем отличие законов природы от законов общества?
Общие, объективные законы природы, законы физики, не зависят от воли и желания людей, стремящихся к своим определенным целям. Появляются и исчезают
государства, меняются социально-политические институты, культура, право, религия, мораль, но сегодня, как и 23 века тому назад, на тело, погружённое в жидкость
(или газ), действует выталкивающая сила Архимеда, равная силе тяжести вытесненной этим телом жидкости (или газа) FApxимeдa = mжидкocти ⋅g, где mжидкocти — масса
вытесненной телом жидкости, g — ускорение свободного падания.

Законам физики подчиняется все, что происходит вокруг нас и внутри нас.
Знакомство с важнейшими, не подвластными воле людей, абсолютно одинаковыми
и для принцев, и для нищих законами функционирования Вселенной, законами
физики, лежащими в основе всех явлений природы, в основе действия всех машин,
с законами, без которых нельзя понять жизнь растений, жизнь животных, жизнь
самого человека, является неотъемлемой составляющей процесса формирования
всесторонне развитой личности.

Человеку, живущему в современном обществе и стремящемуся стать гармоничной личностью, необходимо хотя бы прикоснуться к тому огромному пласту
естественнонаучной культуры, который составляет сокровищницу мировой цивилизации.

Ответ на поставленный в начале вопрос.
Курс «Концепции современного естествознания (КСЕ)» введён в образовательный стандарт многих направлений подготовки гуманитарного профиля в связи:

1) с необходимостью любого образованного человека иметь представление
о современных достижениях человечества в области естественных наук;

Введение

2) необходимостью «строгого воспитания мысли», формирования естественнонаучного типа мышления, т. к. человек, привыкший мыслить точно и логично, видит абсурдность и тенденциозность утверждения, даже в том случае, если оно замаскировано самой изощренной демагогией, может адекватно воспринимать окружающий мир, не допускать манипуляции сознанием и принимать грамотные управленческие решения;

3) необходимостью знания экологического состояния нашей планеты, знания
причин, поставивших человечество на грань экологической катастрофы,
и путей их предотвращения и устранения, необходимостью формирования
такого мироощущения, при котором применение новых знаний во вред всему живущему на Земле станет абсолютно невозможным.

Какие пути достижения указанных целей используют естественные науки? Какими путями идет физика к познанию законов мироздания?

«Путь к чему-нибудь» по-гречески — методос.

Соглашения, принятые в книге

Для улучшения восприятия материала в данной книге используются пиктограммы и специальное выделение важной информации.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает определение или новое понятие.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает внимание. Здесь выделена важная информация, требующая акцента на ней. Автор здесь может поделиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых
ошибок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает цитату.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
В блоке «На заметку» автор может указать дополнительные сведения или другой взгляд на изучаемый предмет, чтобы помочь читателю лучше понять основные идеи.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает теорему, закон.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Соглашения, принятые в книге
11

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Эта пиктограмма означает пример. В данном блоке автор может привести практический пример для пояснения и разбора основных моментов, отраженных в теоретическом материале.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Выводы
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Эта пиктограмма означает выводы. Здесь автор подводит итоги, обобщает изложенный материал или проводит анализ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Глава 1

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Научный метод — способ получения знаний, позволяющий в дальнейшем его воспроизводить, проверять и передавать.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Метод организует поиск истины, позволяет двигаться к цели кратчайшим путем,
экономить силы и время. Поскольку критерием истины (от др. греч. ριτ´ηριov —
мерило, основание для принятия решения) является, с одной стороны, соответствие знаний опыту и практике, а с другой — соответствие знаний логическим законам (истинно всё, что не заключает в себе противоречия, логически правильно), то все известные методы познания можно разделить на эмпирические (греч.
empeiria — опыт, практика) и теоретические (логические процедуры). Развитие физики связано с одновременным использованием обоих ее методов — эмпирического
и теоретического.

1.1 Методы эмпирического уровня познания

На эмпирическом уровне обычно накапливается опытный материал, делаются
попытки его первичной обработки и обобщения. Эмпирический уровень научного
познания (имеющий своей основой чувственное познание (ощущение, восприятие,
представление, а также данные приборов) включает в себя такие методы познания,
как научное наблюдение и эксперимент.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Наблюдение — это целенаправленное восприятие явлений без вмешательства в них.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Наблюдение как метод познания действительности применяется либо там, где
невозможен или очень затруднен эксперимент (в астрономии, вулканологии, гидро

1.2 Теоретический уровень научного познания природы
13

логии) либо там, где стоит задача изучить именно естественное функционирование
или поведение объекта (в экологии, социальной психологии и т. п.). Наблюдение,
как научный метод познания, в отличие от обыденных наблюдений, характеризуется целенаправленностью, планомерностью, активностью.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эксперимент (лат. experimentum — опыт) — метод исследования
явлений в контролируемых, специально создаваемых условиях.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Это более высокий и сложный уровень научного познания по сравнению с наблюдением. Экспериментатор может вызвать изучаемое явление, не ждать пока
оно само произойдет, может создать желаемые условия наблюдения: высокое давление или глубокий вакуум, сильное электрическое поле или условия экранировки
от внешних электромагнитных воздействий и т. д., может исследовать влияние на
изучаемое явление именно интересующего его внешнего фактора, исключив все
побочные, может многократно повторять производимое исследование, пока не получит воспроизводимые и достоверные результаты.

1.2 Теоретический уровень научного познания
природы

Теоретический уровень исследования связан с результатами обобщения эмпирических знаний и попыткой их объяснения. Он посвящен раскрытию глубинных
связей изучаемых явлений и осуществляется на рациональной, логической ступени
познания. К используемым теоретическим уровням научного познания природы —
методам открытия новых истин относятся следующие.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Индукция (лат. inductio — наведение, побуждение) — это метод
познания, основывающийся на формально-логическом умозаключении, которое приводит к получению общего вывода на основании
частных посылок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Индукция — движение мышления от частного, единичного к общему.

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Пример индуктивного обобщения.

Были выполнены эксперименты по исследованию электрических свойств различных материалов. На основании многочисленных экспериментов с конкретными
материалами был сделан общий вывод: c увеличением температуры у полупроводников растет электропроводность, у металлов — сопротивление.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Глава 1. Методы научного познания

Убедительность индуктивных обобщений зависит от числа приводимых в подтверждение случаев. Чем обширнее база индукции, тем более правдоподобным
является индуктивное заключение. Но иногда и при достаточно большом числе
подтверждений индуктивное обобщение оказывается все-таки ошибочным.

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Два примера индуктивных умозаключений.

1. Енисей течет с юга на север; Лена течет с юга на север; Обь и Иртыш текут
с юга на север. Енисей, Лена, Обь, Иртыш — крупные реки Сибири.

Индуктивное обобщение: «Все крупные реки Сибири текут с юга на север».
2. При комнатной температуре алюминий, железо, медь, цинк, серебро, платина, золото, никель, барий, калий, свинец — твердые тела. Алюминий, железо, медь,
цинк, серебро, платина, золото, никель, барий, калий, свинец — металлы.

Индуктивное обобщение: «При комнатной температуре все металлы — твердые
тела». Все посылки этого умозаключения истинны, но его общее заключение ложно, ртуть — единственный из металлов — при комнатной температуре — жидкость.

Посылки обоих умозаключений истинны, но заключение 1-го истинно, а 2-ого —
ложно.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Дедукция (лат. deductio — выведение) — это метод познания, приводящий к получению частных выводов на основе знания каких-то
общих положений.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Дедукция — движение мышления от общего к частному, единичному.
Например, знаем общее положение «с увеличением температуры растет сопротивление металлов», из него следует дедуктивное умозаключение «медь — металл,
следовательно, нагрев медной проволоки увеличит ее сопротивление». Или знаем
общее положение «все звёзды светят не отраженным, а собственным светом», из
него следует дедуктивное умозаключение: «Луна, Меркурий, Венера, Земля, Марс,
Юпитер, Сатурн светят отраженным, а не собственным светом. Луна, Меркурий,
Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн — не звезды».

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Абстрагирование — отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих характеристик объекта
и обозначением их в виде символа.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Символ звука человеческой речи — буква, символ музыкального звука — нота.
Абстрактное мышление подразумевает оперирование абстракциями («человек во

1.3 Методы, используемые и на теоретическом,
и на экспериментальном уровне научного познания природы
15

обще», «число три» и т. д.), в отличие от конкретного мышления, имеющего дело
с конкретными объектами и процессами («Аристотель», «три медведя» и т. д.).

1.3 Методы, используемые и на теоретическом, и на
экспериментальном уровне научного познания
природы

Приёмы познания окружающей нас действительности, используемые как на
теоретическом, так и на экспериментальном уровне научного познания природы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Анализ — мысленное или реальное разложение объекта на составные элементы в целях всестороннего изучения.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Умение мыслить связывают с умением анализировать. Анализ родился в недрах естествознания, но быстро стал универсальным для любой области знания.
Так, в медицине диагностика заболеваний немыслима без результатов анализов
функционирования различных органов. Анализ прочно вошел и в гуманитарную
сферу (экономический, политический, социологический анализ). Аналитический
метод составляет первый этап познания. Его обязательно должен сопровождать
синтез.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Синтез — это метод изучения объекта в целостности на базе
изученных в процессе анализа отдельных его сторон.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Синтез не означает простое механическое соединение разъединенных анализом элементов в единую систему. Он раскрывает место и роль каждого элемента
в системе целого, устанавливает их взаимосвязь и взаимообусловленность. Анализ и синтез — не две оторванные друг от друга познавательные операции, а две
стороны единого аналитико-синтетического метода.

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Примеры: органический синтез, позволяющий получать сложные вещества, которых нет в природе (красители, лекарства), из более простых компонентов. Любой конвейер, на котором собирают сложные агрегаты (от часов до автомобилей
и самолетов), олицетворяет собой идею синтеза. В теоретическом научном знании
синтез может выступать как объединение в определенных аспектах противоположных теорий (например, синтез корпускулярных и волновых свойств любого
объекта природы в концепции корпускулярно-волнового дуализма).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .