Концепции современного естествознания для студентов вузов

Серия «Шпаргалки»





      С.И. Самыган, А.М. Старостин, А. Т. Аатышева, А. В. Сотникова г------------------Концепции современного естествознания

для студентов вузов


Ростов-на-Дону «ФЕНИКС» 2012

УДК 50(075.8)
ББК 20я73
КТК 100
     К65






Авторский коллектив:
Самыгин С. И., Старостин А. М., Латышева А. Т., Сотникова А. В.








          Концепции современного естествознания для стуК65 дентов вузов / С. И. Самыгин [и др.] — Ростов н/Д: Феникс, 2012. — 155, [1] с. — (Шпаргалки).



ISBN 978-5-222-19669-4


         Изложение материала легко усваивается и быстро запоминается.
         Книга сэкономит вам время — подготовит к экзамену в предельно короткий срок и поможет получить высший балл. В ней ответы на все каверзные вопросы, поставленные самым строгим экзаменатором.
         Для студентов вузов.



ISBN 978-5-222-19669-4

                                                УДК 50(075.8)
                                                ББК 20я73



                               © Самыгин С. И., Старостин А.М., Латышева А. Т., Сотникова А. В., 2012
                               © Оформление: Изд-во «Феникс», 2012

Раздел 1
      ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ОСОБАЯ ФОРМА ЗНАНИЯ

ДХ Основы всеобщего характера законов природы
    ф
   Все, что окружает человека, есть материя в самых разных формах ее проявления. Вся совокупность проявлений материи образует единую систему — Вселенную, т.е. на современном этапе развития научного знания речь идет о глобальном единстве материального мира.
   В больших масштабах структуру Вселенной можно представить как некое собрание галактик, а ее микроструктуру — как совокупность атомов. В недрах строения вещества Вселенная представляет собой набор квантовых полей. Звезды очень похожи на Солнце. «Земной» атом совершенно неотличим от атома вблизи пределов наблюдаемой части Вселенной. Физические процессы, происходящие в отдаленных друг от друга областях Космоса, идентичны. Взаимодействия и законы, их описывающие, оказываются универсальными. Ближний Космос, включающий нашу Галактику, является типичным образцом Вселенной в целом. Это утверждение называется космологическим принципом. Различные элементы материального мира образуют единую систему, и процессы, протекающие в ней, описываются едиными фундаментальными законами.
   Если Вселенная — единое целое, то она и развивается, эволюционирует как целое. На определенном этапе в ней появляются структуры, способные познавать саму Вселенную. Таким инструментом самопознания (вполне вероятно, что не уникальным, а одним из возможных) является человек. И все, что доступно нашему наблюдению, в том числе и развитие общества, и мы сами — всего лишь

3

[^ Основы всеобщегохарактера законов природы

составные части Вселенной, этапы ее эволюции. На каждом этапе развития основные закономерности поведения любых подсистем имеют связь со всей системой — Вселенной, с ее общей эволюцией.
   Законы материального мира обладают единством на фундаментальном уровне.


ЦЙХ Проблема двух культур   г х естественнонаучной и гуманитарной

   На ранних этапах становления науки фундаментальное единство мира явилось основой общности научного знания, а постепенное познание многообразия природы служило первоначально истоком единой культуры.
   Разделение наук началось в эпоху античности и с течением времени приняло негативный характер.
   В середине XX века отчуждение двух культур достигло своего апогея, была осознана его тупиковость для человечества. Противоречия между ними составили существо проблемы двух культур. Эти противоречия связаны с различием в традициях, целях и методах естествознания и гуманитарного знания.
   Эволюция знания, основанная на единстве мира, природы, показала несостоятельность монопольного обладания научно-технической (естественнонаучной) и гуманитарной (и социогуманитарной) интеллигенцией на истину.
   Многие крупные мыслители давно поняли, что проблемы устройства мира и духовной сущности человека тесно связаны и осознали необходимость интеграции знаний, конвергенции (от латинского convergere — приближаться), сближения двух культур.
   Сегодня есть все основания считать, что человек, глубже познавший себя и владеющий художественной культурой, может глубже познать природу. И наоборот: природа стимулирует творчество.
   Для более глубокой интеграции двух культур вырисовывается глобальная общенаучная идея: единство эволюции человека и Вселенной, так называемые эволюционно-синергетическая парадигма.
   Основанная на эволюционно-синергетической парадигме конвергенция естественнонаучного и гуманитарного знания проявляется в следующем:


4

Проблема двух культур - естественнонаучной и гуманитарной

    ■  во взаимодополнении инструментария двух областей знания, в проникновении естественнонаучных методов в гуманитарную область и проникновении целостного мировидения в естественнонаучную сферу;
    ■  в системе образования закладывается новый принцип интеграции (а не дифференциации) знаний, гуманистическое (а не технократическое) направление образования (например, введение интегрированных курсов, фундаментализация гуманитарного образования и гуманитаризация естественного);
    ■  в проблемном подходе современной науки, привлекающий к решению социально-значимых задач комплексные научные группы, объединяющие ученых разных специальностей (экологов, социологов, культорологов, юристов и т.д.);
    ■  в методологии науки, когда определяющую роль играет эстетическая оценка естественно-научных теорий (например, красота фракталов — геометрических самоподобных структур является симптомом адекватности этих моделей реальности);
    ■  в личностном аспекте взаимодействия двух культур. Такие видные ученые-естественники как А. Эйнштейн, В.И. Вернадский, А.Д. Сахаров, И.Р. Пригожин участвовали в решении крупных общечеловеческих проблем.
   Апогеем конвергенции естественнонаучного и гуманитарного знания, объективной основой которого служит единство всего материального мира — Универсума, должен стать «диалог культур Востока и Запада, на основе которого может быть создана единая мировая культура, единая мировая этика, единый планетарный разум (ноосфера) как единство биосферы и техносферы» (Дягилев Ф.М.)


fYl Методология а методы ^^ естественнонаучного познания

   Любое естественнонаучное исследование осуществляется с использованием определенной методологии и с помощью набора конкретных методов. Под методологией обычно понимают систему принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, а также учение об этой системе.

5

[^ Методология и методы естественнонаучного познания

   Метод — это совокупность способов, с помощью которых достигается цель. В современном естествознании разнообразные методы разграничивают по особым основаниям.
   Прежде всего выделяют общенаучные и частнонаучные методы. Общенаучные методы, которые используются на разных уровнях научного познания — эмпирическом и теоретическом. Так, на исходном эмпирическом уровне исследования обычно применяют следующие общенаучные методы эмпирического познания (ОМЭП):
■ наблюдение — целенаправленное и организованное восприятие внешнего мира, доставляющее первичный материал для научного исследования;
■ эксперимент — исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования;
■ описание — фиксирование данных наблюдения или эксперимента с помощью определенных систем обозначений;
■ измерение — определение основных характеристик объектов с помощью соответствующих измерительных приборов.
   Общенаучные методы эмперического познания (ОМЭП) требуют дальнейшей обработки и обобщения, что осуществляется уже на теоретическом уровне анализа.
   Общенаучными методами теоретического познания (ОМТП) являются:
■ абстрагирование — отвлечение от неких несущественных в данном контексте свойств и отношений изучаемого явления (особый вид абстрагирования — идеализация);
■ мысленный эксперимент — оперирование идеализированным объектом;
■ формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях;
■ аксиоматизация — построение теорий на основе неких аксиом (утверждений, не требующих доказательства своей истинности);
■ гипотетико-дедуктивный метод — выдвижение некоторых утверждений в качестве гипотез и проверка этих гипотез с помощью фактов;
■ индукция и дедукция — движение от частного к общему, от единичных фактов к общим положениям, и, напротив, движение от об

б

[^ Методология и методы естественнонаучного познания

  щего к частному, от одних утверждений к другим на основе законов логики.
   К общенаучным методам эмпирического и теоретического познания относятся:
■ анализ и синтез — процессы мысленного или фактического разложения целого на составные части и воссоединения целого из частей;
■ аналогия — прием познания, с помощью которого обнаруживают сходство нетождественных объектов в некоторых значимых сторонах и отношениях;
■ моделирование — воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданном для их изучения;
   Особое значение для понимания единства не только естественнонаучного, но и социально-гуманитарного знания имеют новые междисциплинарные методы исследования:
■ системный подход;
■ новая концепция самоорганизации, возникшая в рамках синергетики (науки о самоорганизации сложных нелинейных систем).
   Синергетика выявляет и формулирует общие принципы самоорганизации и основанной на ней эволюции любых систем. Опираясь на эту концепцию можно представить весь мир как как самоорганизующийся Универсум (от лат. universum, summarium — философский термин обозначающий мир как целое) и тем самым лучше понять естественнонаучную картину мира. В целом системный подход имеет более общий характер, чем синергетический, т.к. наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также статические системы.
   В разные исторические периоды и в разных научных контекстах на первый план выходят различные методологические принципы и разные группы методов. Это зависит от существа стоящих перед исследователем задач и от специфики самих объектов исследования.

7

[^ Возникновение классической науки

Раздел Н.
     ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

ДХ Возникновение классической науки
^^ ___________________ Ч

   Классическое естествознание признается многими исследователями в качестве первой исторической формы строгой науки. Причем важно отметить, что наука как зрелое социальное явление появляется именно тогда, когда формируется четкий «социальный заказ» на ее деятельность. И строгая наука как развернутая система знания не случайно появляется именно в Новое время и именно в Западной Европе, когда буржуазные отношения не могут успешно развиваться без опоры на научно-технический прогресс.
   В становлении классической науки сыграли свою принципиальную роль многие факторы:
    ■ изменения в математике, связанные прежде всего с выделением дифференциального исчисления;
    ■ провозглашение польским астрономом Н. Коперником (1473— 1543) Земли небесным телом, движущимся подобно другим небесным объектам;
    ■ постановка проблемы логической и математической согласованности всех основных выводов естественной науки с опорой на идею о целостности Вселенной и единообразии царящих в ней законов природы;
    ■ построение вслед за итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564—1642) базовой дисциплины естествознания XVII—XIX в. — классической механики и т.д.
   Процесс построения базовой дисциплины естествознания XVII— XIX вв. — классической механики. Идеализированные объекты, на которые многие ученые того времени опирались в своих рассуждениях, представали при этом как идеальные элементарные объекты, элементарные процессы, пространственно-временные отношения на базе неизменных и независимых друг от друга абсолютного пространства (трехмерного и подчиняющегося геометрическим требованиям древнегреческого математика Евклида (IV — начало III в. до н.э.)) и абсолютного, неизменного, божественно заданного времени. В таком мире господствовали жесткие, хорошо прогнозируемые формы причинно-следственных связей (в том числе «железный детерминизм» П. Лапласа (1749—1827)).
   Материя — принципиальное, опорное понятие для любой формы естественнонаучного знания — понималась в этих условиях исклю

8

Механистическая картина мира

чительно как вещество, совокупность вещественных объектов, тел, состоящих из неделимых атомов и представленных в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном.
   Введение системы координат и разработка математики переменных величин вооружили ученых универсальным средством теоретического изображения механического движения, сочетающего в себе высокую степень абстракции (изображение движения тела математической функцией) с высокой степенью наглядности (траектория перемещения тел графика функций в заданной системе координат).
   Однако теоретическое знание невозможно без выявления конкретных форм детерминации исследуемых явлений, и прежде всего базовых законов взаимодействия и изменения состояний. Эту принципиальную задачу в классической науке выполнил английский физик и механик И. Ньютон (1643—1727), введя понятие силы как причины изменения состояний движения. В механике Ньютона источниками и точками приложения сил являются материальные точки. Именно он ввел в научный оборот понятие основного закона механики и сформулировал систему законов механики, состоящую из трех законов, названных впоследствии его именем.
   Принципиальной заслугой Ньютона явилось открытие закона всемирного тяготения, определяющего величину действующей силы для случая гравитационного взаимодействия. Ньютон также сумел связать воедино законы движения с законами сохранения энергии. Позже на этой основе были открыты законы сохранения живых сил.
   Далее уже развитое теоретическое физическое знание представало как многоуровневое системное образование, создаваемое по четким законам конструктивного теоретического моделирования. На этой основе стали возникать специфические частные теории, например, теория движения твердого тела, теория движения газов (аэродинамика) или теория движения жидкостей (гидродинамика).
   Как видим, классическая наука представляла собой первую историческую форму развернутого «чисто научного» знания.

ДХ Механистическая картина мира
     ф

   Картина мира, получившая в классической науке название механистической (механической), сформировалась в XVII в. и господствовала в течение примерно двух столетий, вплоть до конца XIX в. На ее

9

[^ Механистическая картина мира

развитие и конкретное оформление особое влияние оказала типичная производственная практика той эпохи с присущими именно ей особыми орудиями труда, технологическими процессами, функциями работников и создаваемыми продуктами.
   Образ машины, механизма с типичными функциями прочно стал базовым для понимания всех природных проявлений. Некоторые ученые той эпохи рассматривали животных и даже человека как живую биомашину (Р. Декарт (1596—1650), Ж. Ламетри (1709—1751)).
   Не менее важную роль в формировании практических образов играли господствующие технологические процессы и общие принципы проектирования техники: сборка изделий из простых частей (трубок, колес, пружин и т.п.), механическая обработка деталей, использование естественных материалов или простых сплавов.
   Итак, все это, вместе взятое, и создавало предпосылки понимания мира как механического целого, а всей Вселенной — как собранного из простых отдельных совместимых деталей механизма. Самой сложной при этом оставалось проблема источника толчка — кто же (или что же) запустил в ход эти огромные вселенские часы? Ответ был вполне логичен для той эпохи, когда большинство ученых верили в Бога, — запустил вселенский механизм в ход, вдохнул в них жизнь Господь Бог, Творец, устранившийся далее от дел и как бы наблюдающий со стороны за происходящим (теория деизма).
   И, по сути, исключением стал смелый ответ французского математика и астронома П. Лапласа на прямой вопрос императора Франции Наполеона, почему он, Лаплас, в своих научных построениях обошелся без идеи Бога. «Я не нуждался в этой гипотезе, сир», — был ответ знаменитого ученого.
   Как видим, в своей основе механистическая картина мира была логичным следствием практики той эпохи, периода механизации физического труда, становления машинного фабрично-заводского производства. Природа представлялась людям совокупностью обособленных четко разделенных и очерченных тел, вступающих в элементарные связи и подчиненных однозначным и простым закономерностям. Поскольку в практику того времени были вовлечены преимущественно внешние слои природного мира, наука еще не могла глубоко проникнуть в сущность вещей и процессов и радикально изменить типичное видение природы. Первоначально картина мира формировалась за счет образов, заимствованных из производственно-технической деятельности, лишь позднее она начинает усложняться посредством привнесения экспериментально-измерительных процедур и более сложных абстракций.

10