Концепции современного естествознания

В. Ф. Тулинов, К. В. Тулинов

КОНЦЕПЦИИ 
СОВРЕМЕННОГО 
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 

Учебник

3-е издание

Рекомендовано
Учебно-методическим центром 
«Профессиональный учебник»
в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений

Москва
Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»
2018

УДК 001
ББК 72
Т82

Тулинов В. Ф.
Концепции современного естествознания: Учебник / В. Ф. Тулинов, К. В. Тулинов. — 3-е изд. — М.: Издательскоторговая корпорация «Дашков и К°», 2018. — 
484 с.

ISBN 978-5-394-01999-9

Учебник подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по дисциплине «Концепции современного естествознания».
Представлена широкая панорама естественно-научных 
концепций в их историческом развитии, имеющих важное мировоззренческое и методическое значение.
Освещены различные процессы и явления в живой и неживой природе, принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем.
Для студентов бакалавриата, преподавателей высших 
учебных заведений, а также всех интересующихся проблемами современного естествознания.
УДК 001
ББК 72

Т82

ISBN 978-5-394-01999-9
© Тулинов В. Ф., Тулинов К. В., 2009
© ООО «ИТК «Дашков и К°», 2009

Рецензенты:
В. П. Волков — доктор физико-математических наук, профессор;
Ю. К. Овчинников — доктор химических наук, профессор.

Лауреат конкурса Фонда развития отечественного образования 
на лучшую научную книгу среди преподавателей 
высших учебных заведений

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Глава I. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ 
КУЛЬТУРЫ. НАУЧНЫЙ МЕТОД  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1. Естественно-научная и гуманитарная культуры . . . . . . . . . . . . 14
1.2. Научный метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.1. Уровни научного познания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.2. Методология научного исследования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Глава 2. ИСТОРИЯ, ПАНОРАМА И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ 
СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1. История развития естествознания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.1. Краткая история физики  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.2. Античный и средневековый период. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.1.3. Классическая физика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.4. Физика ХХ в.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.1.5. Краткая история химии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.1.6. Краткая история биологии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.2. Панорама современного естествознания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.2.1. Физика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.2.2. Химия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.2.3. Биология  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.3. Тенденции развития естествознания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3.1. Физика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3.2. Химия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2.3.3. Биология  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.3.4. Единство естественных наук  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ 
ПРИРОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.1. Корпускулярная и континуальная концепции 
описания природы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.2. Порядок и беспорядок в природе, хаос  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.3. Структурные уровни организации материи: микро-, 
макро- и мегамиры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3.1. Микромир   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.3.2. Ядерная физика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
3.3.3. Элементарные частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.3.4. Макромир . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
3.3.5. Мегамиры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
3.4. Пространство и время  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.4.1. Общие понятия о пространстве и времени. . . . . . . . . . . . 206
3.4.2. Греческая натурфилософия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
3.4.3. Пространство и время в классической физике . . . . . . . 209
3.4.4. Пространство, время в специальной теории 
относительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
3.4.5. Пространство, время в общей теории 
относительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
3.4.6. Пространство и время в физике микромира   . . . . . . . . . 212
3.5. Принципы относительности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.5.1. Принцип относительности в классической 
механике   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.5.2. Принцип относительности в специальной теории 
относительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3.5.3. Принципы относительности в общей теории 
относительности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
3.6. Принципы симметрии и законы сохранения . . . . . . . . . . . . . . . . 221
3.7. Взаимодействие, близкодействие, дальнодействие  . . . . . . . . 237
3.8. Состояние, принципы суперпозиции, неопределенности,
дополнительности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
3.8.1. Состояние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
3.8.2. Принцип неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
3.8.3. Принцип дополнительности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
3.8.4. Принцип суперпозиции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
3.9. Динамические и статистические закономерности 
в природе  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
3.10. Законы сохранения энергии в макроскопических 
процессах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
3.11. Закон возрастания энтропии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Глава 4. ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ 
ПРИРОДЫ   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

4.1. Химические системы, энергетика химических процессов, 
реакционная способность веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
4.1.1. Энергетика химических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
4.1.2. Реакционная способность веществ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
4.2. Химическое равновесие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

Глава 5. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ 
ПРИРОДЫ   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
5.1. Внутреннее строение и история геологического 
строения Земли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
5.2. Современные концепции развития геосферных 
оболочек  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
5.3. Литосфера как биотическая основа жизни. . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
5.4. Экологические функции литосферы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
5.5. Ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая, 
географическая оболочки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Глава 6. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ 
ПРИРОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
6.1. Особенности биологического уровня организации 
материи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
6.1.1. Свойства живых систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
6.1.2. Структура и функции биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
6.1.3. Живые организмы (живое вещество)  . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
6.1.4. Биотический круговорот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
6.2. Принципы эволюции, воспроизводства и развития 
живых систем.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
6.2.1. Генетические теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
6.2.2. Условия, необходимые для возникновения жизни . . . 328
6.2.3. Организм и среда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
6.2.4. Эволюция растительного мира  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
6.2.5. Эволюция животного мира   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
6.2.6. Эволюция биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
6.3. Многообразие живых организмов — основа 
организации и устойчивости биосферы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
6.4. Генетика и эволюция  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
6.4.1. Генетика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
6.4.2. Генетический код   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
6.4.3. Мутации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
6.4.4. Генная инженерия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
6.4.5. Эволюция  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

Глава 7. ЧЕЛОВЕК: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ФИЗИОЛОГИЯ, 
ЗДОРОВЬЕ, БИОЭТИКА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
7.1. Физиология, здоровье, эмоции, творчество, 
работоспособность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
7.2. Биоэтика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
7.3. Биосфера и космос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
7.4. Ноосфера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
7.5. Экология и здоровье  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

Глава 8. ПРОБЛЕМЫ САМООРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ 
И УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
8.1. Необратимость времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
8.2. Самоорганизация в живой и неживой природе  . . . . . . . . . . . . . 452
8.2.1. Пространственные диссипативные структуры. . . . . . . 454
8.2.2. Временные диссипативные структуры  . . . . . . . . . . . . . . . 455
8.2.3. Химическая основа морфогенеза. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
8.2.4. Самоорганизация в живой природе  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
8.2.5. Самоорганизация в неравновесных системах  . . . . . . . . 460
8.3. Принципы универсального эволюционизма. . . . . . . . . . . . . . . . . 466
8.3.1. Микромир. Формирование элементного состава 
вещества материи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
8.3.2. Микромир. Химическая эволюция 
на молекулярном уровне  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
8.3.3. Макромир. Эволюция живой материи. . . . . . . . . . . . . . . . . 472
8.3.4. Самоорганизация и развитие неживой материи  . . . . . 473
8.3.5. Мегамиры. Идея развития Вселенной  . . . . . . . . . . . . . . . . 474
8.4. Концепции эволюционного естествознания  . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479

ПРЕДИСЛОВИЕ

Научно-технический прогресс предъявляет высокие требования к людям современной цивилизации, особенно к наиболее 
активной их части. 
Однако освоение всего богатства накопленных естественнонаучных знаний является очень сложной задачей, поскольку 
они необычайно расширились и углубились, особенно в последнее время. Человеческое общество вступило в век господства 
информатики, микроэлектроники и биотехнологии, атомной 
энергетики, которые в корне преобразовали промышленное и 
сельскохозяйственное производство. 
Очевидно, что подготовка современного специалиста в любой 
области знания, в том числе и специалиста-гуманитария с широким базовым образованием, уже немыслима без ознакомления с 
историей и современным состоянием естествознания.
Этому способствует введение в вузах в учебные планы подготовки специалистов экономических и других гуманитарных 
специальностей курса “Концепции современного естествознания”. Успешное овладение материалом этого курса предполагает 
решение по крайней мере трех задач:
1. Просветительской, которая включает выработку у студентов представлений о современном естествознании как о системе 
фундаментальных знаний о целостной природе, что отличает 
науку от псевдонауки.
2. Методологической, которая охватывает методологическую 
базу естествознания (методы познания и критерии оценки истинности этих знаний), имеющую общекультурное значение.
3. Мировоззренческой, которая существенно определяет 
содержание внутреннего духовного мира человека.
Почему особую важность приобретают в последнее время 
именно эти три направления в подготовке специалистов.

По первому вопросу. В последнее время в нашей стране в 
общественном сознании роль и значение естественно-научных 
знаний, как это ни кажется парадоксальным, непрерывно и заметно уменьшаются.
Это, с одной стороны, связано с существенным сокращением 
пропаганды естественно-научных знаний, а с другой стороны, 
появившейся возможностью широкой публикации литературы, 
развивающей интерес к мистицизму, паранауке, астрологии, 
магии, спиритизму, оккультизму и т. д. Постепенно, но достаточно определенно они вытесняют из общественного сознания 
естественно-научную картину мира, основанную на рациональных способах его объяснения.
Представители современной лженауки стараются использовать любые учения, вплоть до суеверий и мистики, лишь бы они 
оказали соответствующее воздействие на общество. Некоторые 
пытаются внедрить мысль, что статус научного миропонимания 
не выше любого мифа, и вступают за беспредельный плюрализм. 
Уход от науки к мифотворчеству и мистике стал модой отечественного околонаучного сознания.
В этих условиях приобретает значимость утверждение 
идеалов научно-рационального отношения к действительности, 
на которых построена наша цивилизация. Ведь неограниченный 
скептицизм является тормозом общественного, экономического 
и культурного развития.
Только люди, обладающие научным мировоззрением, могут 
противостоять “интеллектуальному анархизму”, цель которого 
состоит в том, чтобы уравнять науку с магией, мифом, религией 
и т. п. 
Подлинная наука, как и все рациональное знание, несовместима с той псевдонаучной бессмыслицей, которая сейчас 
непрерывно воздействует на сознание современного человека. 
Игнорирование научного миропонимания может повлечь за собой опасные последствия. 
Поэтому в курсе “Концепции современного естествознания” 
помимо исторической панорамы развития естественных наук 
сформулированы важнейшие концептуальные проблемы раз

личных основных наук: в физике это — проблема микро- (физика 
элементарных частиц) и мегамира (космология и космогония); 
в химии — химия высокомолекулярных соединений; в биологии — вопросы генетики, проблемы возникновения и эволюции 
жизни. Все это в конечном счете позволит получить развернутую 
современную естественно-научную картину мира. 
По второму вопросу. Другой, не менее важной стороной 
изучения курса “Концепции современного естествознания” 
является то, что естествознание выработало в процессе своей 
длительной эволюции такие способы, методы и приемы познания, 
т. е. такую методологическую базу для получения новых знаний 
и критериев оценки истинности этих знаний, которая не только 
может служить и служит эталоном для всякой науки, но и приобретает общекультурное значение. 
Ознакомление с методологией естественно-научного познания, принципами теоретического моделирования объекта в 
естествознании позволяет перенести методологический опыт 
естествознания также и в гуманитарные науки. Ныне рациональная естественно-научная методология познания активно проникает в социальную и гуманитарную сферу и даже оказывает 
заметное воздействие на психологию, философию, искусство. 
В качестве примера использования некоторых перспективных методологических приемов, которые уже сейчас позволили 
существенно продвинуть исследования по целому ряду важнейших направлений в общественных науках, можно отметить такие 
разработанные в недрах естествознания и составляющие основу 
его современной методологии, как синергетический взгляд на 
саморазвитие любых сложных систем, в том числе социальных, 
а также универсальный эволюционизм.
Другим примером является системный подход, который 
ориентирует исследования на целостный охват изучаемых процессов и явлений в их взаимосвязи с другими явлениями и тем 
самым предохраняет от однородности, неполноты и ограниченности получаемые результаты. Эволюционно-синергетический 
подход позволяет исследовать и объяснить процессы саморазвития многих сложных систем путем раскрытия некоторых 

внутренних механизмов их эволюции. Ныне самоорганизация 
рассматривается как свойство, присущее достаточно сложным 
объектам любой природы, изучаемое синергетикой — наукой, 
ставшей предметом особого внимания в конце ХХ в. Оказалось, 
что самоорганизация и эволюция механических (неживых), 
живых и социальных систем основаны на общих принципах и 
законах. Установлено, что теории самоорганизации неравновесных систем, теории бифуркации и катастроф настолько 
общи, что наряду с процессами в неживых системах позволяют 
анализировать и прогнозировать также процессы эволюции 
экономических, социальных и других систем. 
Такая методология позволяет наилучшим образом донести 
сущность эволюции Вселенной, непрерывность ее развития от 
неживого к живому и социальному. 
По третьему вопросу. Не менее важный аспект необходимости изучения естествознания гуманитариями — это аспект 
мировоззренческий. Научная картина мира всегда была важнейшей составной частью мировоззрения человека. Научное 
понимание природы существенно определяет и содержание его 
внутреннего, духовного мира. 
Сейчас человек все больше осознает свою тесную связь с 
природой, то, что он является ее частью. Развитие цивилизации 
в ХХ в. с очевидностью показало, что природа и человеческое 
общество представляют собой единый природно-общественный 
динамический организм, в котором обе его части глубоко взаимосвязаны и непосредственно влияют друг на друга. Действительно, успехи естествознания привели к революционным 
изменениям в информационной сфере, к созданию всемирных 
коммуникационных систем, что сейчас является мощнейшим 
средством воздействия на сознание человека.
В последние годы мы являемся свидетелями огромного влияния СМИ на формирование общественного мнения. В то же время 
успехи генной инженерии позволяют влиять на наследственность и, в принципе, внедряться в самую природу человека как 
биологического объекта. А последствия такого вмешательства 
сейчас даже невозможно себе представить.