Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Концепция современного естествознания что это такое


Что изучает концепция современного естествознания

Определение 1

Концепция – это система взглядов на что-либо или основная мысль какого-либо труда.

Естествознание – это система наук о природе, то есть о мире во всем его многообразии.

Определение 2

Концепция современного естествознания – это совокупность наук, изучающих природу и законы природы. Концепция современного естествознания относится к одним из самых распространенных наук. Предметом ее изучения являются практически все области жизнедеятельности человека.

Концепциями естествознания являются такие фундаментальные естественнонаучные идеи, которые проявляют себя во всех естественных науках.

Науки, составляющие концепцию современного естествознания можно классифицировать следующим образом:

Однако, концепция современного естествознания – это не просто совокупность этих наук, она рассматривает междицсциплинарные отношения в естествознании в целом.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Натурфилософия

Концепция современного естествознания тесно связана с историей. Человек, начиная с самых древних времен, стремился к познанию мира, ведь от этих знаний зависело, сможет он выжить или нет. Для того, чтобы выжить, необходимо было питаться. Чтобы найти еду, человек вынужден был охотиться, а для успешной охоты нужно было изучить повадки животных. Человек целиком зависел от природы, и естественно, что изучение природных явлений и окружающего мира было необходимо. Однако, в силу недостаточности знаний, многие явления объяснялись вмешательством сверхъестественных сил, слагались мифы и легенды.

Первые формы познания возникли в восточных цивилизациях, именно там более 2 тыс. лет до н.э. была установлена взаимосвязь между теоретически знания и практическими навыками. Первые знания были связаны с земледельческой культурой – астрономические знания использовались для предсказания погоды, математика – для измерения площадей земледельческих угодий т.д.

Замечание 1

Появление естествознания связывают с Древней Грецией, где в 6-4 вв. до н.э. возникла натурфилософия – философия природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений.

Отличительной чертой натурфилософии является попытка выделить какую-то одну стихию природы в качестве главной, основы всего существующего. Философ Милетской школы Фалес таким первичным элементом считал воду ввиду невозможности найти в мире абсолютно сухое тело.

Пифагор в качестве первоосновы мира представил числа, в основе мира, по мнению Пифагора и его учеников, лежат количественные отношения действительности.

Высшее развитие натурфилософия получила в учении Аристотеля, который объединил все современные ему знания об окружающей действительности и систематизировал их.

В период Античности активно развивалась астрономия. Тогда же, в эпоху Античности, были заложены основы математической физики.

Таким образом, в натурфилософии – на первой стадии развития естествознания – были заложены основы многих современных отраслей и теорий естествознания. Также в этот период началось формирование стиля научного мышления, который включал в себя стремление к новым познаниям, критику, стремление к систематизированности и упорядоченности, скептическое отношение к общепринятым истинам, попытка рационального понимания окружающего мира.

Взаимосвязь наук как предмет изучения концепции современного естествознания

Концепция современного естествознания рассматривает взаимодействие различных наук между собой, их влияние на все сферы деятельности человека. К примеру, химия, биология, физика в рамках концепции современного естествознания изучаются не по отдельности, а именно во взаимодействии, отсюда возникает новая наука биохимия, биофизика.

Биология и физика пытаются объяснить все законы мира, однако в полной мере это им пока не удается. Несмотря на существование огромного количества теорий и великих открытий, перед учеными стоить все еще очень много вопросов и задач, которые только предстоит решить.

Биология и религия тоже тесно переплетаются. Например, происхождение человека. Недостаточность доказательств того, что человек произошел от обезьяны, используется сторонниками божественного происхождения человека. С другой стороны, во многих мировых религиях содержатся этические и моральные нормы, соблюдение которых позволяет человеку сохранить чистоту внутреннего мира, и именно эти моральные нормы позволяют контролировать научные эксперименты, которые могут показаться безнравственными, аморальными.

Происхождение мира, законы Вселенной, законы природы, законы химии, физики, биологии, математики, взаимосвязь культуры, науки, религии, процессы, происходящие в обществе, влияние научных открытий и научно-технического прогресса на человечество – все это изучает концепция современного естествознания.

Современное естествознание не обходит вниманием и такое явление, как компьютеризация общества, зависимость от технологий. При помощи компьютера, современных гаджетов и интернета можно найти ответ на любой вопрос. Однако мало кто задумывается над тем, как и когда был изобретен компьютер и интернет. Отсюда возникает новый вопрос, касающийся современного человека – это его место в информационном мире.

Таким образом, концепция современного естествознания – это целый комплекс наук, изучающий все области жизнедеятельности человека. В современном мире роль науки трудно переоценить. И несмотря на то, что, казалось бы, уже многое известно, совершено столько научных открытий, наука продолжает двигаться вперед и развиваться, возникают новые направления и течения, появляются новые задачи, новые вопросы, требующие ответа. Концепция современного естествознания изучает культуру, искусство и философию в рамках научного познания. То есть, все науки таким или иным образом связаны между собой, и эта взаимосвязь и лежит в основе изучения концепции современного естествознания.

spravochnick.ru

С. П. ФилинКонцепции современного естествознания: конспект лекций

Концепция современного естествознания является одной из самых распространенных наук. Она изучает почти все области жизнедеятельности человека: от литературы до математики и философии. Концепция современного естествознания неразрывно связана с историей. Многие исторические личности, как, например, рассмотренные далее личности Петра Первого и Наполеона Бонапарта, оказали сильнейшее воздействие на восприятие мира человеком. С именами таких людей связаны целые эпохи.

В концепции современного естествознания изучаются также и учения философов разных времен: от античного Аристотеля до современных философов. Именно они в первую очередь дают ответы на такие вопросы, как: что такое человек, каково его место во Вселенной, из чего был создан наш мир, – а также на многие другие вопросы.

Известно, что самые первые представления о мире и о своем месте в нем человек выразил в мифах, легендах и преданиях. Они повествуют нам о тех событиях, которые якобы происходили. Некоторые исследователи ставят под сомнение достоверность этих рассказов, а другие считают их верными источниками информации о древнейших событиях. Представляется оправданным мнение второй части исследователей. Посмотрите, например, как много реальных исторических событий отражено в виде легенд и преданий в христианстве. Нельзя отрицать и того факта, что в мифологии разных народов рассказывается об одних и тех явлениях. Например, рассказы о Всемирном потопе встречаются у многих народов мира.

Физика и биология пытаются объяснить все законы мира, но им это пока не полностью удается: несмотря на то что существует множество величайших открытий и теорий (например, теория относительности Эйнштейна), ученым только предстоит ответить на множество вопросов. Биология утверждает, что человек «произошел от обезьяны», но данный факт она подтвердить не в силах, так как не было обнаружено ни одного «подходящего» скелета. Это утверждение активно используют сторонники божественного происхождения человека.

Множество этических и моральных норм содержится в мировых религиях. Ведь именно вера способствует нравственному формированию человека. Соблюдение правил, запретов, табу, заповедей позволяют человеку сохранить чистоту своего внутреннего мира.

На сегодняшний день огромное значение имеет компьютеризация общества. С помощью компьютера и Интернета можно достать практически любую информацию. А кто знает историю о том, как человек научился считать и когда появились первые персональные компьютеры? Как развивались такие компьютерные корпорации, как «Эппл Компьютерз» и «Майкрософт»? Ведь именно они являются крупными производителями как компьютеров, так и программного обеспечения. Изучение этих вопросов помогает ответить на вопрос о месте человека в современном информационном обществе.

Но что такое компьютер по сравнению с мозгом человека? Это простой набор железа и проводов, которые объединены в единое целое. Если о том, как работает компьютер, мы знаем о том, как работает наш мозг, нам не полностью известно. Реально ли установить это вообще? На эти вопросы и должна ответить концепция современного естествознания сегодня.

ЛЕКЦИЯ № 1. Предмет концепции современного естествознания. Натурфилософия

1. Предмет концепции современного естествознания. Синтез наук

Естествознание – это не какая-либо отдельная наука, это целая совокупность наук, которые изучают природу, ее законы. Таким образом, данный курс затрагивает одновременно математику, физику, химию, биологию, философию и т. д. Все эти науки можно классифицировать:

1) науки математические;

2) науки естественные;

3) науки технические;

4) науки гуманитарные.

Как же изучение этих различных наук способствует нашему пониманию естествознания? Очень просто рассмотрим это на примере ряда наук:

1) физика и химия – естественные науки, изучающие законы природы. Физика не занимается непосредственно изучением природы – ее задача заключается в том, чтобы что-либо подтвердить или, наоборот, опровергнуть;

2) физика и математика. Законы физики сформулированы (или же «написаны») на математическом языке. Чтобы это понять, достаточно вспомнить школьную программу;

3) «гибридные», или «синтезированные», науки. С течением веков и тысячелетий человечество пришло к пониманию того, что без смешивания (синтезирования) наук дальнейшее их развитие невозможно. Так появились физхимия, химфизика (в Российской академии наук есть даже специальные институты физической химии и химической физики), биохимия, биофизика. Эйнштейн в своей теории относительности объединил механику и неэвклидову геометрию.

После открытия О. Гона и Ф. Штрасмана, изучавших химические свойства деления ядра, физика получила дальнейшее развитие так же, как и вся мировая наука в целом.

2. Натурфилософия. Представители Милетской школы

Современное естествознание берет свое начало от одного из философских направлений – натурфилософии. Одними из наиболее ярких представителей данного направления были ученики древнейшей Милетской школы (VII–V вв. до н. э.): Фалес, Анаксимен, Анаксимандр.

Фалеса (640–545 гг. до н. э.) можно назвать первым европейским философом.

Он происходил из богатой семьи, занимался торговлей и политической деятельностью, много путешествовал. В результате путешествий Фалес приобрел огромные знания. Помимо торговли и политики, он занимался и наукой: астрономией, геометрией, арифметикой, физикой.

Существует предание, согласно которому Фалес предсказал затмение солнца, которое произошло 28 мая 585 г. до н. э.

Он внес также заметный вклад в геометрию: впервые Фалес определил условия подобия треугольников, которые имеют общую сторону и два угла, прилегающих к ней. Также ему приписывают положение о подобных углах при пересечении двух прямых.

Он совершил немало открытий: установил продолжительность года в 365 дней, разбил его на двенадцать тридцатидневок, установил точное время солнцестояний и равноденствий и т. д.

Фалес считал, что основа всему – вода: она кругом. Вода «пропитывает» даже материки; реки, моря вытекают из земли. Он заметил, что пища, потребляемая живыми существами, – влажная и что даже тепло возникает из влаги. Фалес, можно сказать, «одушевлял» воду, и эту одушевленность он связал с населенностью мира богами.

Анаксимандр (около 610 – после 547 гг. до н. э.) первоосновой всего, в отличие от своего учителя Фалеса, называл не воду, а апейрон («беспредельное»).

Апейрон – это неопределенная материя, которая не имеет никаких качественных характеристик и которая количественно бесконечна. Также Анаксимандр утверждал, что апейрон соединяет в себе противоположности: горячее – холодное, сухое – влажное и т. д.

Интересна его мысль о том, что «Земля свободно возносится, не будучи ничем связана, и удерживается, так как отовсюду она одинаково отдалена». Таким образом, Анаксимандра можно назвать одним из первых, кто стал утверждать о геоцентрическом воззрении на Вселенную.

Анаксимен (около 585 – около 525 гг. до н. э.) первоосновой всего называл воздух. Он утверждал, что из воздуха рождаются не только земля, вода и камень, но и человеческая душа. Анаксимен считал, что боги не властны над воздухом, так как они сами состоят из воздуха.

ЛЕКЦИЯ № 2. Знание и познание

1. Научное знание и его критерии

Для естествознания, как и для философии в целом, большое значение имеет такой критерий, как знание. В словаре русского языка Ожегова С. И. даются два определения понятия знания:

1) постижение действительности сознанием;

2) совокупность сведений, познаний в какой-нибудь области. Давайте определимся, что такое знание в философском смысле.

Знание – это многоаспектный проверенный практикой результат, который был подтвержден логическим путем, процесс познания окружающего мира. Многоаспектность философского знания, как уже было сказано выше, вытекает из того, что философия состоит из множества наук.

Можно назвать несколько критериев научного знания:

1) систематизированность знания;

2) непротиворечивость знания;

3) обоснованность знания.

Систематизированность научного знания означает, что весь накопленный опыт человечество приводит (или должно приводить) к определенной строгой системе.

Непротиворечивость научного знания означает, что знания в различных областях науки дополняют друг друга, а не исключают. Этот критерий непосредственно вытекает из предыдущего. Первый критерий в большей мере помогает устранять противоречие – строгая логичная система построения знания не даст одновременно существовать нескольким противоречивым законам.

Обоснованность научного знания. Научное знание может подтверждаться путем многократного повторения одного и того же действия (т. е. эмпирически). Обоснование научных концепций происходит путем обращения к данным эмпирического исследования либо путем обращения к возможности описывать и предсказывать явления (проще говоря, опираясь на интуицию).

2. Познание. Методы познания

Точное определение понятия «познание» дать очень сложно. Прежде чем попробовать сделать это, давайте проанализируем само понятие.

Выделяют следующие виды познания:

1) житейское познание;

2) художественное познание;

3) чувственное познание;

4) эмпирическое познание.

Житейское познание – это опыт, накопленный за многие века. Заключается оно в наблюдении и смекалке. Данное познание, без сомнения, приобретается только в результате практики.

Художественное познание. Специфика художественного познания заключается в том, что оно строится на зрительном образе, отображает мир и человека в целостном состоянии. Произведения искусства помогают ощутить связь со временем. Взгляните на любую картину, и что вы увидите? Внешне картина – это холст, который художник «размалевал» разноцветными красками; это холст, вставленный в деревянную раму. А внутренне – это целостный мир, который таит свои секреты. Пытаясь разгадать эти секреты (например, чему так таинственно улыбается Джоконда), мы чувствуем связь с прошлым, настоящим или будущим.

Чувственное познание – это то, что мы воспринимаем с помощью органов чувств (например, я слышу звонок мобильного телефона, я вижу красное яблоко и т. д.).

Главное отличие чувственного познания от эмпирического заключается в том, что эмпирическое познание осуществляется с помощью наблюдения или эксперимента. При проведении эксперимента используется компьютер или другой прибор.

Методы познания:

1) индукция;

2) дедукция;

3) анализ;

4) синтез.

Индукция – это умозаключение, сделанное на основе двух и более предпосылок. Индукция может приводить как к верному, так и к неверному выводу.

Дедукция – это переход, сделанный от общего к частному. Метод дедукции, в отличие от метода индукции, всегда ведет к истинным выводам.

Анализ – это деление изучаемого объекта или явления на части и составляющие.

Синтез – это процесс, противоположный анализу, т. е. соединение частей объекта или явления в единое целое.

Теперь мы попробуем подобрать наиболее верное определение понятия «познание». Познание – это процесс приобретения знания путем эмпирического или чувственного исследования, а также постижение закономерностей объективного мира и совокупность знаний в какой-нибудь отрасли науки, искусства.

3. Средства научного познания

Средства научного познания написаны на языке науки. Все ученые-философы подмечают, что большинство средств научного познания происходит из математики (Галилей даже утверждал, что книга природы написана на языке математики). Поэтому математику сложно назвать отдельной наукой, она соприкасается со многими науками: физикой, химией, астрономией и т. д.

В науке формальную логику также называют математической логикой, или логикой символической. Из самого названия «математическая логика» можно сделать вывод о том, что логика основывается на строгих математических правилах. Развитие математической логики так же, как и формальной, началось лишь в 60-е гг. XX в. Однако из-за своей сложности она подходит лишь для искусственного интеллекта.

ЛЕКЦИЯ № 3. Теория относительности. Элементарные частицы. Горячая Вселенная. Происхождение солнечной системы

1. Теория относительности Альберта Эйнштейна

Прежде чем говорить о теории относительности Альберта Эйнштейна, нужно изучить опыт других физиков.

В 1881 г. американский физик Майкельсон поставил опыт с целью выяснения участия эфира (гипотетическая всепроникающая среда, которой, по научным представлениям прошлых столетий, приписывалась роль переносчика света и вообще электромагнитных взаимодействий) в движении тел. С помощью этого опыта Майкельсон опроверг существовавшую в то время гипотезу неподвижного эфира. Смысл данной гипотезы заключался в том, что при движении Земли сквозь эфир можно наблюдать так называемый «эфирный ветер».

Однако опыт Майкельсона был использован Эйнштейном всего лишь для подтверждения своей теории относительности.

Эйнштейн при создании теории хотел объединить механику и теорию электромагнитного поля. В классической механике был сформулирован принцип физической относительности, который заключался в том, что все механические процессы во всех инерциальных системах происходят одинаково.

Эйнштейн же сформулировал обобщенный физический принцип относительности: все физические явления происходят одинаково относительно любых инерциальных систем.

Согласно принципу постоянства скорости света и обобщенному принципу относительности, относительность является одновременностью двух событий к системе отсчета. Раньше считалось, что одновременность является абсолютным событием, которое не зависит от наблюдателя. Но в своей теории относительности Эйнштейн доказал, что время в движущейся системе отсчета протекает гораздо медленнее относительно течения времени в неподвижной системе отсчета.

Такие физические величины, как протяженность, время и масса, в теории относительности утратили свой статус абсолютности. Эйнштейн в качестве величины, которая имеет статус постоянной, оставил лишь силу (например, сила тяготения). Общая теория относительности содержит геометрическое толкование явления тяготения. Эйнштейн утверждал, что сила тяжести эквивалента равна искривлению неевклидова пространства. То есть объект, движущийся в пространстве и попавший в поле тяжести, изменяет траекторию своего движения.

Теперь можно сделать вывод, что в теории относительности Альберта Эйнштейна пространство и время имеют физические характеристики. А раз они имеют физические характеристики, следовательно, они являются частью мира физических процессов, причем частью, образующей всю внутреннюю структуру этого мира, «которая связана с законами бытия физического мира».

2. Элементарные частицы. Происхождение Вселенной

Согласно исследованиям, проведенным со спутников, пространство пронизано микроволновым излучением. Это микроволновое излучение является «наследством» от более ранних стадий существования нашей Вселенной.

К началу 1930-х гг. было известно, что большинство звезд состоит из гелия. Однако оставалось загадкой – откуда берется углерод. В 1950-е гг. Английский астрофизик, писатель, администратор, драматург Фред Хойл восстановил ход реакций в звездах. Именно эти рассуждения позволили Хойлу в 1953 г. предсказать важный энергетический уровень ядра углерода-12, и эксперименты физиков подтвердили его прогноз. В дальнейшем американский физик Уильям Фаулер, проведя соответствующие эксперименты, подтвердил данную теорию. И только потом была подготовлена соответствующая теоретическая база.

Ученые Ральф Алфер и Роберт Герман библейским словом «илем» назвали первичное вещество. Из него потом, по утверждению Алфера и Германа, и образовалась наша Вселенная. Это первичное вещество было не что иное, как нейтронный газ. Эти ученые разработали теорию, согласно которой к свободным нейтронам присоединялись тяжелые ядра. Этот процесс закончился только тогда, когда закончились свободные нейтроны. Хойл, не принявший теорию Алфера и Германа всерьез, назвал ее «the big bang theory» – т. е. теория большого хлопка, но в России она больше известна как «теория Большого Взрыва».

Также существовала и теория холодной Вселенной. Ее автор, советский физик, физико-химик и астрофизик, Зельдович Яков Борисович заметил, что данные радиоастрономии не подтверждали большую плотность и большую температуру излучения (которые должны были быть при версии «горячего» происхождения Вселенной). Зельдович исходным веществом называл электронный газ с примесью нейтрино.

Этапы развития Вселенной. Начальную стадию существования Вселенной делят на 4 эры:

1) эра адронов;

2) эра лептонов;

3) фотонная эра;

4) эра излучения.

Во время первой эры, эры адронов, элементарные частицы разделились на адроны и лептоны. Адроны участвовали в более быстрых процессах, а лептоны – в более медленных.

Во время второй эры, эры лептонов, часть частиц выходит из равновесия с излучением, а Вселенная становится прозрачной для электронных нейтрино.

Во время третьей, фотонной, эры главную роль в развитии Вселенной начинают играть фотоны. В начале данной эры число протонов и нейтронов было примерно равным, но затем они стали превращаться друг в друга.

Во время четвертой эры, эры излучения, протоны начинают захватывать нейтроны; образуются ядра бериллия и лития, а плотность Вселенной уменьшается примерно в 5–6 раз. Из-за уменьшения плотности Вселенной начинают образовываться первые атомы.

После четвертой эры (эры излучения) наступила еще одна эра: пятая, звездная, эра. Во время звездной эры начался сложный процесс формирования протозвезд и протогалактик.

3. «Горячая» Вселенная

Основоположником теории «горячей» Вселенной был американский физик Георгий Антонович Гамов. Именно он в 1946 г. заложил основы этой теории и в дальнейшем занимался ее изучением.

Как известно, в соответствии с законами термодинамики при высоких плотностях и температурах в разогретом веществе всегда должно находиться в равновесии с ним и излучение. Гамов утверждал, что в результате процесса нуклеосинтеза излучение должно остаться и до настоящего времени. Только его температура должна будет «понизиться» из-за постоянного расширения.

Гамов на протяжении почти десяти лет консультировался с различными учеными и занимался разработкой формулы и схемы.

В результате кропотливого труда появилась А – Б – Г-теория по именам ее создателей: Алфер, Бете, Гамов.

Что же дала теория «горячей» Вселенной? Она дала необходимые соотношения таких веществ, как водород и гелий в современной Вселенной. Тяжелые элементы рождались, возможно, при взрывах сверхновых звезд. Также Гамов в своей заметке, опубликованной в 1953 г., предсказал фоновое излучение.

Существование данного фонового излучения совершенно случайно подтвердили американские ученые (будущие лауреаты Нобелевской премии): радиофизик и астрофизик Арно Пензиас и радиоастроном Роберт Вильсон. Они отлаживали рупорную антенну нового радиотелескопа и никак не могли избавиться от помех. Только потом они поняли, что это были не простые помехи, а предсказанное Гамовым фоновое излучение.

Теория «горячей» Вселенной оказала такое мощное влияние на науку, что Хойл, автор теории вечной Вселенной, признал несостоятельность своей теории, хотя он и попробовал потом ее модернизировать.

4. Происхождение Солнечной системы

Вопросом происхождения нашей Солнечной системы занимается космогония.

Одну из главных теорий происхождения Солнечной системы выдвинул Кант. Он утверждал, что Солнечная система образовалась из хаоса. Также он говорил, что все мировое пространство заполнено некоей инертной материей, которая является неупорядоченной, но «стремится преобразоваться в более организованную путем естественного развития».

Также Кант считал, что Млечный Путь для звезд – это то же самое, что и Зодиак для Солнечной системы. В результате проведенных исследований и многочисленных наблюдений Кант представил свою структуру Вселенной: Вселенная – это не что иное, как иерархия самогравитирующих систем. Все системы, считал он, должны иметь сходную структуру.

Теория Лапласа. Лаплас на основе идей Канта создал свою теорию, которая получила наименование небулярной гипотезы Канта-Лапласа. Небулярная гипотеза Канта не была известна по одной банальной причине: издатель, который напечатал данный труд Канта, обанкротился, а его книжный склад в Кенигсберге был опечатан. Небулярная теория Канта-Лапласа долгое время оставалась первой ротационной гипотезой о возникновении солнечной системы. Данная теория имела и свои недостатки:

1) она не объясняла больших размеров орбит внешних планет-гигантов и медленности вращения Солнца;

2) она не отвечала на вопрос, почему «момент количества планет почти в двадцать девять раз больше момента количества Солнца, если солнечная система изолирована».

Существовали также катастрофические гипотезы происхождения Солнечной системы. Например, Джинс предположил, что когда-то мимо нашего Солнца прошла неподалеку какая-то другая звезда, и вследствие этого на Солнце появились «приливные выступы», которые трансформировались в газообразные струи, из которых позже и возникли планеты.

Академик Василий Григорьевич Фесенков считал, что планеты образовались в результате процессов, которые происходили «внутри» Солнца. В результате ядерных реакций происходили выбросы масс из Солнца, из которых позже и сформировались планеты. Данные выбросы соответствовали расчетам Джорджа Дарвина (сына Чарльза Дарвина) и A.M. Ляпунова.

Page 2

Неизвестно, когда впервые человек посмотрел на небо: с тех далеких времен прошло много тысячелетий. Достоверно известно только то, что человек всегда почитал небо, а также уважал и боялся его. Такое отношение объяснить очень просто: там, на небе, жили боги. Человек старался их задобрить, умилостивить. Если боги будут добры, значит, они пошлют дождь, а будет дождь – будет и урожай на будущий год. Если же боги разозлятся, то они пошлют гром, молнию и засуху на землю. Поэтому в те далекие времена никто не решался разозлить своих богов; у каждого народа были свои боги.

А что же такое звезды? Звезды – это души умерших, которые смотрят и следят за нами. Так считалось в далекой древности.

Откуда людям было тогда знать, что звезды – это далеко не души, а небесное тело с невероятно высокой температурой. Через столетия люди стали замечать на небе какие-то непонятные «дымки», туманные пятна. С помощью телескопов человеческий глаз увидел, что внутри этих туманностей находятся целые скопления звезд. Такие скопления звезд получили название галактики.

Еще в XVIII в. В. Гершель, известный английский астроном и оптик, открывший планету Уран, исследовавший двойные звезды и структуру Млечного Пути, построивший несколько крупнейших для своего времени телескопов, открыл несколько тысяч туманных пятен (которые получили название туманности). В. Гершель заносил открытые им туманности в каталоги. В процессе исследования и наблюдения за этими туманностями было установлено, что многие из них имеют спиральную структуру.

В науке астрономии все галактики делят на три большие группы. В основе данной классификации лежит внешний вид галактик.

Три группы (класса) галактик:

1) спиральные галактики;

2) неправильные галактики;

3) эллиптические галактики.

Рассмотрим эти виды галактик.

Спиралевидные галактики. Их ветви состоят из горячих звезд, сверхгигантов; они излучают радиоволны. Примерно десять процентов от массы всей такой галактики составляет масса нейтрального водорода. Главное отличие спиральных галактик заключается в том, что они вращаются с бешеной скоростью.

Неправильные галактики. Что же их отличает? Для начала окунемся в историю. В XVI в. Фердинанд Магеллан совершал свои знаменитые кругосветные путешествия, которые помогли «уничтожить» множество «белых пятен» на географической карте нашей планеты. Путешественники в южном полушарии неба заметили и в течение продолжительного отрезка времени наблюдали за двумя небольшими звездными облаками. Позже эти облака стали называться в честь самого знаменитого путешественника: Большим и Малым Магеллановыми Облаками. На самом деле это никакие не облака, а самые настоящие галактики, которые относятся к группе неправильных. Эти галактики отличаются тем, что:

1) они имеют бесформенный вид;

2) их звездный состав такой же, как и у ветвей спиральных галактик, за одним исключением: у неправильных нет ядра;

3) неправильные галактики встречаются очень-очень редко.

Эллиптические галактики. Данные галактики встречаются гораздо чаще, чем спиральные и неправильные галактики. Назовем отличительные черты эллиптических галактик:

1) их можно принять за шаровые скопления звезд, если не учесть, что галактика больше их по размерам;

2) вращаются они очень медленно, и, следовательно, они слабо сплюснуты. Это главное их отличие от спиральных галактик (которые вращаются очень быстро и вследствие этого, сильно похожи на веретено);

3) эллиптические галактики не содержат в себе ни звезд-гигантов, ни туманностей.

2. «Трупы» звезд: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры

Белые карлики

Звезды, как и многое в нашей Вселенной, не вечны, продолжительность их жизни составляет десятки миллионов лет, тем не менее это несравнимо с годами существования Вселенной.

В конце своей жизни звезда становится белым карликом. «Смерть» небесного тела наступает после того, как оно исчерпало весь запас своих источников термоядерной энергии. Причем белыми карликами становятся не все звезды, а лишь звезды средней и малой массы.

Белые карлики не светятся сами по себе, так как у них внутри нет никаких ядерных процессов. Но все-таки «трупы» звезд светятся. Почему? Свечение белых карликов объясняется очень просто: свечение происходит за счет медленного остывания. Ученый, индийский физик Раман Чандрасекара высчитал массу белого карлика, которую он не может превышать. Согласно Чандрасекаре, масса данного небесного тела равна примерно 1,4 массы Солнца.

Нейтронные звезды

Нейтронная звезда – это, можно сказать, тоже «труп» звезды, но звезды гораздо больших размеров, которая обладает массой, превышающей десять масс нашего Солнца. Радиус нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, а ее радиус равен примерно 10 – 20 км… В очень редких случаях масса нейтронной звезды может превышать массу Солнца, но не более чем в три раза (это так называемый «предел Оппенгеймера – Волкова». Что произойдет с такой «небольшой» звездочкой, мы узнаем ниже.

В 1930-х гг. Вальтер Бааде и Фриц Цвики выдвинули теорию, согласно которой в результате взрыва сверхновой звезды (сверхновыми звездами называют звезды, которые «неожиданно вспыхивают и угасают подобно новым звездам. Однако в максимуме светимости они бывают в тысячи раз ярче, чем новые звезды») образуется сверхплотная нейтронная звезда. Данная теория была подтверждена почти тридцать лет спустя, когда в Крабовидной туманности был открыт пульсар, т. е. нейтронная звезда, которая вращается с невероятно большой скоростью.

Черные дыры

Понятие «черная дыра» было введено в 1968 г. американским физиком Джоном Уиллером. Этим понятием он обозначил нейтронные звезды, которые в результате действия силы гравитации сжались до такой степени, что свет уже просто не может преодолеть их притяжение. Выше говорилось о том, что масса нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, но иногда ее масса может быть больше массы Солнца в три и более раза. Так вот, черными дырами и становятся такие вот «исключительные» нейтронные звезды. Гравитационный радиус – это радиус, до которого нейтронная звезда должна сжаться, чтобы стать черной дырой. Если звезда была очень большой, то этот радиус равняется всего нескольким десяткам километров.

ЛЕКЦИЯ № 5. Теория Чарльза Дарвина. Происхождение человека. Злоупотребление дарвинизмом. Эволюция природы

1. Теория Чарльза Дарвина

Великий англичанин Чарльз Дарвин известен своей теорией естественного отбора. Данную теорию приняли ученые-естествоиспытатели.

В далекие античные времена ученые считали, что все ныне живущие организмы произошли из неодушевленной материи. Затем, когда христианство получило широкое распространение, утверждалось, что все живые организмы были созданы Богом, а человек создан по Его образу и подобию. На сегодня сторонников божественной теории в мире существует немало.

С появлением эволюционной теории тот пробел, который раньше заполняла собой вера в Создателя, мог быть заполнен научными объяснениями. Это не предвещало Церкви ничего хорошего, так как она начала утрачивать свое влияние.

До Чарльза Дарвина свою теорию эволюции создал Ж. Б. Ламарк. Ламарк разработал свою теорию в XIX в.; он первый подметил, что живые организмы в процессе исторического развития усложняются.

Он объяснял это тем, что животные постоянно «упражняются», получают новые знания, а также новый опыт. А потом они передают все это по наследству своим потомкам, которые, в свою очередь, приобретают новые знания и новый опыт и тоже передают новым поколениям.

Существенным недостатком теории Ж. Б. Ламарка было то, что он не пытался объяснить причины эволюции, ее движущую силу.

Наука не стояла на месте. В 1831 г. Т. Шванн разработал клеточную теорию, в которой доказал принципиальное единство живого мира. Теперь мы можем сказать, что Чарльз Дарвин, когда приступил к разработке своей теории, имел достаточную научную базу. В своей книге, которая была раскуплена в первый же день продажи (тогда она уступала по «популярности» только Библии), Ч. Дарвин говорит, что материалом для естественного отбора является особь.

Он обратил внимание на то, что любой вид размножается в геометрической прогрессии: одна особь сельди выметывает в среднем до 40 тыс. икринок, осетр – до 2 млн икринок, лягушка – до 10 тыс. икринок, одно растение мака дает до 30 тыс. семян. Так почему же число взрослых особей остается относительно постоянным?

Чарльз Дарвин объяснил это простой конкурентной борьбой между взрослыми особями, а также недостатком корма (вследствие чего и возникает такая конкуренция), нападением хищников, влиянием неблагоприятных природных условий.

Дарвин назвал три вида борьбы:

1) внутривидовая борьба;

2) межвидовая борьба;

3) борьба с неживой природой.

Внутривидовая борьба. Такую борьбу Дарвин считал наиболее напряженной. Здесь идет борьба между особями одного вида, которые живут в одинаковых условиях, имеют равные пищевые потребности. Поэтому естественно, что здесь выживают наиболее сильные, наиболее приспособленные особи.

Межвидовая борьба Это борьба с другими видами живых организмов, в том числе с хищниками и паразитами. В результате такой борьбы наиболее слабые виды живых организмов умирают.

Борьба с неживой природой. Это борьба «на выживание». Природа бывает не всегда благосклонна к животным и время от времени случаются засухи (а следовательно, – голод), наводнения, сильные морозы и т. п..

Из теории Чарльза Дарвина можно сделать следующие выводы:

1) природа и животные организмы постоянно меняются;

2) между видами живых организмов постоянно идет ожесточенная борьба за существование.

Однако, несмотря на то что Чарльз Дарвин основал свою теорию естественного отбора на обширном эмпирическом опыте, собранном как предшественниками Дарвина, так и им самим, она представляется малоубедительной. А некоторые факты эволюции в рамки теории естественного отбора вообще не укладываются. Так, например:

1) изменение зубов и копыт у лошадей в процессе эволюции указывает на то, что эволюция имеет определенное направление, никак не обусловленное борьбой за существование;

2) некоторые определенные структуры эволюционируют еще до того, как в этом появилась необходимость;

3) также существуют некоторые виды животных и насекомых, которые почти не эволюционируют (например, акула, опоссум, таракан).

И остается вопрос: если человек произошел из обезьяны, то почему сейчас этого не происходит?

2. Происхождение человека

На протяжении многих веков бытовало мнение, что человек произошел от богов. Шло время, текли реки веков, и у ученых стали появляться первые эмпирические данные о происхождении человека. Началось все с того, что в 1856 г. во Франции были найдены останки древнего человека, который получил «имя» дриопитека.

Начался новый, XX в. Он ознаменовался тем, что нашли останки ископаемых обезьян: проконсулы, обнаруженные в Восточной Африке, ориопитек, найденный в Италии, и др. Проведя соответствующие анализы, ученые установили, что эти древнейшие обезьяны жили примерно от 20 до 12 млн лет назад.

В 1924 г. в Южной Африке были обнаружены останки австралопитека. На сегодняшний день ученые считают, что австралопитек – «ближайший родственник» человека. Австралопитек был прямоходящим млекопитающим, возраст найденных костей, как выяснили специалисты, составляет примерно от 5 до 2,5 млн лет.

Австралопитеки весили от 20 до 50 кг, рост их составлял примерно от 120 до 150 см. Одними из главных сходств с человеком являлись:

1) похожее строение зубной системы;

2) передвижение на двух ногах.

На сегодня известно, что мозг австралопитеков весил примерно 550 г. В качестве оружия для защиты от врагов и для добычи пищи они использовали кости животных и камни.

Голландский исследователь Эжен Дюбуа на острове Ява обнаружил останки человека прямоходящего. Этот человек прямоходящий был назван питекантропом. Спустя много лет в Китае были найдены похожие останки, которые чуть отличались от останков найденного на Яве питекантропа.

Историки выяснили, что питекантроп был довольно развитым человеком. Существовал он (и другие его «родственники», например, найденный в Китае синантроп) примерно от 500 тыс. до 2 млн лет назад. Питекантроп знал земледелие, употреблял растительную пищу. Вместе с этим он был охотником, умел пользоваться огнем. Племя питекантропов бережно хранило тайну огня и передавало ее из поколения в поколение.

Африка не переставала удивлять мир необычными находками. Так, в 1960-1970-е гг. были обнаружены останки древнейших людей, которые пользовались простейшими орудиями труда из гальки. Этих людей назвали Homo habilis, т. е. «человек умелый». Просуществовал человек умелый всего лишь около 500 тыс. лет. Затем он эволюционировал и приобрел большое сходство с питекантропами.

Если можно так сказать, то детьми питекантропов были неандертальцы. Их останки были обнаружены сначала в Германии, в долине реки Неандр, а затем и по всей Европе, Азии и Африке. Кроме знаний, оставшихся от питекантропов, неандертальцы научились сдирать с животных шкуру, шить из нее своеобразную одежду, строить жилища.

Неандертальцы были предками кроманьонцев. Они были разделены на две группы.

Первая группа неандертальцев при небольшом росте (чуть больше 150 см) имела очень мощно развитую мускулатуру, у них был скошенный лоб; масса их мозга достигала уже 1500 г. Также ученые считают, что у этих предков современного человека появились зачатки членораздельной речи.

Вторая группа неандертальцев очень сильно отличалась от первой. Представители этой группы физически были менее развиты, так как они (в отличие от своих сородичей из первой группы) поняли, что группой охотиться безопаснее, группой же легче отбиваться от врагов. Поэтому у них значительно увеличился размер лобных долей головного мозга.

Даже внешне они отличались от представителей первой группы: высокий лоб, развитый подбородок и челюсти. И, скорее всего, именно вторая группа породила Homo Sapiens. Достоверно известно, что эти два вида млекопитающих существовали одновременно на протяжении нескольких тысячелетий. Но затем современные люди окончательно вытеснили неандертальцев.

Во Франции были обнаружены останки кроманьонца (они были обнаружены в гроте Кроманьон). Вместе с останками были обнаружены орудия труда; кроманьонцы умели изготавливать одежду и строить жилища.

Кроманьонцы владели членораздельной речью; они были высокого роста (примерно до 180 см), а объем их черепной коробки равнялся в среднем 1600 см3.

3. Злоупотребление дарвинизмом

Бесспорен тот факт, что теория Чарльза Дарвина явилась мощным стимулом для дальнейшего развития науки. Однако вопрос о ее состоятельности или, наоборот, полной несостоятельности каждый должен решить сам для себя.

В конце XIX в. среди крупнейших промышленников как Америки, так и Европы циркулировали идеи англичанина Герберта Спенсера. Герберт Спенсер использовал концепцию естественного отбора для обоснования свободного предпринимательства.

Суть его идеи заключался в том, что беднота должна использоваться как рабочая сила. И именно поэтому многие фабриканты, владельцы заводов, предприятий и т. д. «на ура» восприняли эту теорию. Они нашли этическое и философское оправдание своему образу жизни, ведь «выживает сильнейший» (автором этого выражения является Герберт Спенсер, а не Дарвин).

А немецкий ученый Эрнст Геккель вообще утверждал, что человек, как и природа, должны быть свободны в своих действиях. Он даже говорил, что люди могут быть при этом жестокими и очень даже жестокими. Эту точку зрения восприняла фашистская Германия во главе с Адольфом Гитлером.

Гитлер пропагандировал жестокость. «Чистая арийская раса» в борьбе с другими расами и национальностями не должна выбирать мягкие средства, они ведь будут неэффективны для Германии. Гораздо проще Гитлеру казалось расстрелять десятки миллионов мирных жителей: стариков, женщин, детей, – убить миллионы солдат в СССР, защищающих свою страну от фашистских агрессоров.

Печально об этом говорить, но идеи фашизма продолжают жить и сегодня. Неофашизм и скинхэды в России в полной мере подтверждают это.

4. Эволюция природы

История нашей Земли делится на три больших периода (или эры):

1) палеозойская эра;

2) мезозойская эра;

3) неозойская эра.

Палеозойская эра началась 600 млн лет назад, до нее была архейская эра. В период архейской эры еще не было жизни на Земле, поэтому и рассматривать мы ее не будем.

Палеозойская эра разделяется на:

1) ранний палеозой;

2) поздний палеозой.

В период раннего палеозоя входят следующие периоды: кембрийский, силурийский, девонский.

Поздний же палеозой включает каменноугольный и пермский периоды.

Именно в эру палеозоя на Земле появляются первые ростки жизни. В воде появляются водоросли, сначала небольшие. Но потом водное пространство стало им тесно, и они «решились» выбраться на воздух.

После того как в воде появились водоросли, появляются и первые живые организмы – моллюски, которые питаются этими водорослями.

Что же произошло после того, как водоросли появились на Земле? Они постепенно «трансформировались» в гигантские травы, а затем и травовидные деревья. Естественно, что на Земле появляется обильная растительность. Почему бы ей и не появиться? Ведь тогда климат был теплый. Вся наша планета была покрыта густым непроницаемым туманом из водяных паров.

Тогда еще не было времен года. Вот что свидетельствует об этом: почти по всему миру обнаружены залежи каменного угля. А каменный уголь – это останки деревьев, не имеющих годичных колец, их структура трубчатая, а не кольцевая. Проще говоря, это еще не те деревья, которые растут у нас за окном, это очень большая трава.

Также в палеозойскую эру в геометрической прогрессии растет число моллюсков; появляются рыбы, которые могут дышать и жабрами, и легкими.

Следующая эра – мезозойская. Это время настоящего расцвета животного царства на Земле. Тогда планету населяли множество видов рептилий. Они жили как в морях и океанах, так и на суше и в воздухе. Не только рептилии жили на планете, но и очень крупные насекомые, которые появились в конце палеозоя.

Также в мезозойскую эру появляются и первые птицы. Предками птиц считаются такие рептилии, как птеродактили и археоптериксы.

Птеродактили были рептилиями с невероятно сильными и развитыми мышцами пальцев лап. И между ними появились перепонки, благодаря которым птеродактиль и научился летать.

У археоптерикса были крупные губы и зубы, а морда похожа на птеродактиля. Палеонтологи находят лишь скелеты птеродактилей, археоптерикса и древних птиц, но не найдено ни одного промежуточного звена между ними.

Так что тот факт, что птицы произошли от птеродактиля (как человек от обезьяны), на все сто процентов считать доказанным нельзя.

Далее наступает неозойская эра. Животный мир неозойской эры очень похож на мир современных животных (например, в районах Африки, которые не затронуты ледником).

Человек, как считают ученые, появился в конце ледникового периода. Именно в это время появились все млекопитающие. Млекопитающие выделились как самостоятельный класс из класса пресмыкающихся. Отличия млекопитающих от пресмыкающихся:

1) волосяной покров;

2) четырехкамерное сердце;

3) разделение артериального и венозного кровотока;

4) внутриутробное развитие потомства и вскармливание детенышей молоком;

5) развитие коры головного мозга, что обеспечило преобладание условных рефлексов над безусловными.

Особенным животным можно назвать утконоса. Его особенность заключается в том, что он «вылупляется» из яиц (как пресмыкающееся), а вскармливается молоком матери (как млекопитающее).

ЛЕКЦИЯ № 6. Механизм наследственности. Квантовая механика

1. Механизм наследственности

Вся информация о «плане организма» содержится всего лишь в одной клетке, а точнее – в части клетки, которая именуется ядром клетки. Данное ядро состоит из набора частиц. Эти частицы по своей форме напоминают палочку или нить, а называются они хромосомы.

Количество хромосом различно: 8, 12, а у человека их 48. Правильнее будет говорить о том, что в клетке содержится 24 пары хромосом. И именно они несут в себе весь шифровальный код организма.

Если присмотреться, то мы увидим схожесть хромосом. Это объясняется тем, что часть хромосом приходит от матери, т. е. от яйцеклетки, а вторая часть – от отца, т. е. от оплодотворяющего сперматозоида.

Ученые провели исследование, в ходе которого было достоверно установлено, что основной «код наследственности» содержится в нити ДНК. Нить ДНК и составляют хромосомы, по виду она напоминает сетку. В этом «коде наследственности» есть и свои единицы. Такой единицей для микроорганизма являются три нуклеотида. Они построены довольно просто – по длине молекулы ДНК. Хромосомы высших организмов построены гораздо сложнее, но существует предположение, что процесс считывания информации (хотя это достоверно не было установлено) в общих чертах похож на тот, который наблюдается у микроорганизмов.

Рост организма происходит путем митоза. Митоз – это последовательное клеточное деление. Яйцеклетка делится на две «дочерние» клетки, которые затем делятся на 4, 8, 16, 32, 64 и т. д. При этом следует отметить, что частота деления клеток во всем организме не одинакова, вследствие чего нарушается число делений клеток.

При митозе хромосомы удваиваются. Смысл митоза заключается в том, что дочерние клетки получают точные копии набора хромосом яйцеклетки. Отсюда следует вывод, что все клетки тела подобны друг другу.

Мейоз. После того как особь начала развиваться, часть клеток резервируется. Зарезервированная часть клеток не участвует больше ни в каких процессах. Она активируется только лишь тогда, когда особь достигает зрелости, и участвует в размножении особи. Из этой зарезервированной части клеток очень скоро, но до того, как особь начнет размножаться, начинают формироваться клетки – гаметы. Мужские гаметы называются спермин, а женские – яйцеклетки.

Между тем клетки могут различаться по числу хромосомных наборов:

1) клетки, имеющие только один хромосомный набор, именуются гаплоидными (это те же самые гаметы);

2) обычные клетки именуются диплоидными;

3) в жизни встречаются индивидуумы с тремя, четырьмя и более хромосомными наборами: триплоиды, тетраплоиды, полиплоиды.

Page 3

Квантовая механика по-другому называется волновой механикой. Итак, квантовая механика – это теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и их системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.

Квантовая механика помогла человечеству описать и осознать такие явления, как:

1) ферромагнетизм твердых тел;

2) сверхтекучесть твердых тел;

3) сверхпроводимость твердых тел;

4) была объяснена природа и происхождение нейтронных звезд, белых карликов и других астрофизических объектов.

На этом значение квантовой механики не заканчивается. В теории квантовая механика делится на два вида:

1) нерелятивистскую квантовую механику;

2) релятивистскую квантовую механику.

Различие релятивистской и нерелятивистской квантовой механики. Естественно, что если существует два направления квантовой механики, то значит, они должны противоречить друг другу. Через это противоречие можно просмотреть значение как нерелятивистской, так и релятивистской квантовой механики. Вот эти характеристики, различающие оба направления:

1) нерелятивистская квантовая механика более «строгая», это законченная фундаментальная физическая теория, главной особенностью которой является ее непротиворечивость. Релятивистская квантовая механика является более «мягкой», она допускает наличие противоречий в теории;

2) в нерелятивистской теории принято считать, что информация, помогающая взаимодействию, передается мгновенно. Релятивистская же квантовая механика утверждает, что взаимодействие распространяется со строго определенной скоростью (так называемой «конечной скоростью»). Следовательно, должно существовать что-то, что будет способствовать такой передаче. И этим «помощником» является физическое поле.

Одним из основоположников квантовой механики можно назвать Планка. Он первым выступил против существовавшей в то время теории теплового излучения. В основе теории теплового излучения лежала статистическая физика и классическая электродинамика. Эти две отрасли науки не дополняли друг друга, а наоборот, приводили к противоречию всю теорию теплового излучения.

В чем же заключается точка зрения Планка? А суть его точки зрения заключается в том, что свет излучается не непрерывно (как считалось ранее), а порциями. А точнее – дискретными порциями энергии, т. е. квантами.

В квантовой механике выделяют так называемые дискретные состояния. Смысл данного состояния в том, что тело большого масштаба непрерывно изменяет свою скорость. Причем изменение этой скорости может происходить как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения. Для изменения скорости имеют большое значение разнообразные физические явления. Именно эти явления способствуют увеличению скорости или же, наоборот, ее уменьшению. Примером физического явления, которое способствует уменьшению скорости тела, можно назвать сопротивление воздуха. Чтобы понять это, достаточно вспомнить маятник часов: сначала маятник колеблется довольно «часто», а затем останавливается вообще.

Понятно, что не только Планк сыграл выдающуюся роль в развитии квантовой механики. Этапы развития квантовой механики (это развитие можно проследить в хронологическом порядке) выглядят так:

1) в 1905 г. Альберт Эйнштейн построил теорию фотоэффекта. Данная теория была построена с целью развития идей Планка. Эйнштейн предположил, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами. Следовательно, дискретность присуща самому свету;

2) в 1913 г. Бор применяет идею квантов по отношению к планетарной системе атомов. Данная идея Бора привела к научному парадоксу. Согласно Бору, радиус орбиты электрона постоянно уменьшался. Электрон в конце концов должен был просто «упасть» на ядро. Бор решил, что электрон испускает свет не постоянно, а лишь тогда, когда он переходит на другую орбиту;

3) в 1922 г. американец Комптон доказал, что рассеяние света происходит путем столкновения двух частиц;

4) эффект Комптона привел также к парадоксу. Он утверждал о корпускулярно-волновой природе света. И это было явное противоречие: эти два явления не могли смешиваться. В 1924 г. французский ученый Луи де Бройль выдвинул теорию, согласно которой каждой частице надо поставить волну, которая связана с импульсом частицы;

5) австриец Шредингер доказал гипотезу де Бройля. Шредингер придумал уравнение, которое соответствует поведению волн де Бройля. Данное уравнение получило название «уравнение Шредингера»;

6) в 1926 г. ученые-физики проводили опыты, которые экспериментально окончательно подтвердили теорию де Бройля;

7) в 1927 г. Дирак придумывает свое уравнение, которое становится главным аргументом релятивистской квантовой механики. Это уравнение описывает движение электрона во внешнем силовом поле.

Окончательно квантовая механика как последовательная теория сформировалась благодаря трудам немецкого ученого – физика В. Гейзенберга, создавшего формальную схему. Особенностью данной схемы было то, что вместо математических координат и математических скоростей фигурировали абстрактные величины, так называемые матрицы.

Работы Гейзенберга были развиты другими учеными (например, Борном, Иорданом и др.). Работа немецкого физика Гейзенберга стала основой для матричной механики.

Также Гейзенберг является автором гипотезы о том, что любая физическая система никогда не может находиться в состоянии, в котором координаты ее центра инерции и импульса принимают одновременно равные значения.

Этот принцип известен в науке как «соотношение неопределенностей».

Согласно этому принципу, понятие координат и импульса неприменимо к микроскопическим объектам. Это объясняется тем, что эксперимент никогда не приводит к каким-либо точным данным. Это связано не с тем, что измерительная техника несовершенна, а с объективными свойствами микромира.

ЛЕКЦИЯ № 7. Биохимия

1. Понятие биохимии, история ее появления

Биохимию по-другому называют органической химией. Оба названия, на мой взгляд, верны. Биохимия – это наука, которая изучает соединения углерода с другими элементами, т. е. органическими элементами и законами их превращения. Эта наука изучает химические вещества, их структуру и распределение в организме.

Использование законов биохимии относится к глубокой древности. Человек уже издавна научился обрабатывать животные шкуры, научился готовить вино, брагу, т. е. использовал процессы брожения и т. п. Термин «органическая химия» был введен в 1827 г. ученым Й. Берцелиусом. Как же развивалась органическая химия?

Все началось с того, что была подорвана точка зрения, согласно которой в синтезе присутствует так называемая «жизненная сила». Это произошло после того, как в 1828 г. Ф. Велер исследовал мочевину.

На органической химии основаны все жизненные процессы, потому что углероды способны соединяться со многими элементами и могут образовывать молекулы самого разного состава и строения (например, цепного, циклического и т. д.). Именно этой способностью углерода и обусловлено такое множество органических соединений: к 90-м гг. XX в. их число составляло более 10 млн.

И весь этот процесс синтеза углерода с различными элементами привел к тому, что стали появляться отдельные отрасли науки и новые отрасли промышленности (например, производство синтетических красителей и т. д.).

Сама биохимия состоит из общей и аналитической химии, которые были ее «родителями». На сегодняшний день органическая химия уже сама давно обзавелась «потомством». В середине 20-х гг. XX в. произошло выделение молекулярной биологии. В связи с ростом народного хозяйства в отдельную науку выделилась техническая биохимия.

Молекулярная биология занимается тем, что исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне, а также выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации и многие другие явления обусловлены структурой и свойствами биологических белков и нуклеиновых кислот, т. е. макромолекул.

Молекулярная биология тесно связана не только с органической химией, но и с:

1) биофизикой;

2) генетикой;

3) микробиологией.

Когда же все-таки возникла микробиология? Это точно неизвестно, но существуют две точки зрения:

1) молекулярная биология выделилась в 20-е гг. XX в. В это время происходит активное внедрение в биологию идей и методов, которые были позаимствованы из физики. Такое заимствование произошло для того, чтобы объяснить ряд явлений, таких как мышечное сокращение, наследственность и многие другие;

2) молекулярная биология возникла в 1953 г. Именно в этом году Дж. Уотсон и Ф. Крик разработали свою идею двойной спирали ДНК.

В Советском Союзе наука также не стояла на месте, а развивалась. Огромный вклад в это развитие внесли такие советские ученые, как А. Н. Белозерский, В. А. Энгельгардт.

Молекулярную биологию, биофизику, биохимию и т. п. включают в единый комплекс наук – физико-химическую биологию.

2. Белозерский Андрей Николаевич и его научные работы

Белозерский Андрей Николаевич родился в г. Ташкенте 16 (а по старому стилю 29) августа 1905 г. Он стал выдающимся российским биохимиком, лауреатом множества всесоюзных и международных премий.

Отец Андрея Николаевича Николай Андреевич Белозерский, был одним из первых русских поселенцев в Средней Азии. Его мать была педагогом и преподавала в гимназии. В 1913 г. семью Белозерских постигает несчастье: оба родителя Андрея Николаевича умирают, и он остается круглым сиротой. Начались трудные годы для мальчика: несколько лет он просто скитается по родственникам, а потом попадает в Гатчинский детский приют, где жизнь была также нелегка. В революционный 1917 г., весной, мальчика забирает к себе его родная тетка – сестра матери. Они поселяются в Казахстане, а точнее в г. Верном (ныне этот город называется Алма-Ата) Ему удается, не имея среднего образования, поступить в высшее учебное заведение – в Среднеазиатский государственный университет на физико-математический факультет. Позже он начинает работать в этом университете. Поначалу Белозерский устроился работать лаборантом. По прошествии нескольких лет, в 1925 г., Андрей Николаевич уже приступает к преподавательской деятельности.

Белозерскому повезло в том смысле, что в эти годы в САГУ работали множество выдающихся ученых-биологов из обеих столиц (т. е. и из Москвы, и из Петрограда).

Андрей Николаевич Белозерский попадает под положительное влияние известного биолога А. В. Благовещенского. Именно под его руководством Белозерский готовит свою первую научную работу, которая была посвящена концентрации водородных ионов в вытяжках из листьев некоторых горных растений.

Не секрет, что именно в эти годы в советской биологии играл самую важную роль лжеученый – биолог Лысенко, точка зрения которого была в корне неправильна и нелогична. Но Андрей Николаевич рискнул заняться молекулярной биологией именно в эти годы.

Белозерский занялся тем, что стал искать ДНК не только у животных, но и у растений. Спустя какое-то время, время упорного труда, он обнаружил ДНК у обычного гороха, а затем еще у ряда других растений и даже у бактерии. Он сделал вывод, что ДНК присуща не только животным. ДНК присуща вообще всем живым организмам. Этот открытие принесло Андрею Николаевичу мировую известность. Своим открытием он помог возродиться в Советском Союзе такой науке, как генетика. При Лысенко генетика была не практически запрещена. Андрея Николаевича приглашают посетить ряд престижных научных симпозиумов, которые должны пройти в зарубежных странах (например, Бельгии и Соединенных Штатах Америки). Естественно, что никто Белозерского туда так и не отпустил.

Имя Белозерского связано с открытием не только ДНК у растений, но и рядом других открытий, которые заслуживают внимания. В 1957 г. Белозерский и Спирин высказывают предположение, согласно которому клетки содержат не только ДНК, но и РНК. Вслед за этим Андрей Николаевич успешно защищает свою докторскую диссертацию.

Через небольшой промежуток времени, в 1958 г., происходит то, что и должно было произойти, – Андрей Николаевич Белозерский, еще при жизни Лысенко, избирается членом-корреспондентом Академии наук СССР. Спустя три года, в 1962 г., Белозерский становится действительным членом Академии наук СССР, а еще через девять лет произошло нечто вообще малообъяснимое: Андрей Николаевич Белозерский был избран вице-президентом Академии наук СССР. Почему же это малообъяснимо? Дело в том, что вице-президент Академии Наук была должность чисто номенклатурная, ее всегда занимали члены коммунистической партии. Белозерский же вообще был беспартийный, т. е. он не являлся членом коммунистической партии. Это, можно объяснить тем, что после Лысенко советская биология (и молекулярная биология в частности) была в таком плачевном состоянии, что практически не развивалась. Теперь же советскую науку возглавил человек, который не был причастен к антинаучной агитации.

Также благодаря усилиям Андрея Николаевича была организована современная лаборатория биохимии и микроорганизмов (тогда она называлась лабораторией антибиотиков); кафедра вирусологии на биолого-почвенном факультете МГУ в 1964 г.; при его поддержке был создан Институт белка Академии наук в г. Пущино в 1968 г. В 1965 г. Белозерский в Московском государственном университете создал межфакультетскую лабораторию биоорганической химии. Для того чтобы показать, как важен вклад Андрея Николаевича Белозерского в развитие молекулярной биологии, организованная им в 1965 г. лаборатория была переименована в Институт физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского.

В памяти своих современников и учеников Андрей Николаевич остался как человек, обладающий вспыльчивым характером. Но, несмотря на свою вспыльчивость, Белозерский быстро успокаивался и быстро сглаживал обострившуюся ситуацию. Интересен также принцип его отношения к своим ученикам: Белозерский считал, что ученик должен превзойти своего учителя, он даже сам признавал первенство своего ученика.

Андрей Николаевич не считал себя каким-то выдающимся ученым – он просто работал ради науки и для науки. За свой огромный вклад в развитие науки Андрей Николаевич был удостоен множества наград и премий:

1) в 1951 г. ему присвоили орден Трудового Красного Знамени;

2) в «космический» 1961 г. Белозерскому вручают первый орден Ленина;

3) в 1965 г., спустя всего около четырех лет, Андрею Николаевичу вручают второй орден Ленина;

4) в 1969 г. ему вручают третий орден Ленина;

5) в 1969 г. Андрею Николаевичу присваивают звание Героя Социалистического Труда;

6) в 1971 г. в Германской Демократической Республике его избирают членом Германской академии естествоиспытателей – «Леопольдины».

ЛЕКЦИЯ № 8. Биофизика

1. Общие понятия и история

Биофизика – это наука, которая изучает физические и физико-химические явления, которые происходят в живых организмах. Также данная наука изучает структуру и свойства биополимеров, а также влияние различных физических факторов на живые организмы и живые системы.

На протяжении наиболее продолжительного периода истории человечества считалось, что науки являются «несмешиваемыми». Прошло множество веков, и человечество поняло, что для дальнейшего развития надо изучать «гибридные науки». Первые в мире попытки применить физические методы и идеи к изучению живого организма были предприняты еще в XVII в.

Дальнейшее развитие биофизики связано с:

1) изучением работ Луиджи Гальвани. В своих работах он выдвигал существование «животного электричества» (более подробно о нем будет рассказано ниже);

2) изучением работ Г. Гельмгольца, а также с изучением и развитием акустики и оптики;

3) изучением механики и энергетики живых организмов;

4) изучением работ П. П. Лазарева и работ Ю. Бернштейна, а также с изучением ионной и мембранной теории возбуждения.

Биофизика изучает целостные системы, не разлагая их на составные части. Если же будут выделяться составные части, то в процессе такого «выделения» частного из целого будут утрачены важные для дальнейшего нормального существования свойства целостной системы. Это прежде всего негативно отразится на самой биофизической науке. Полимеры нормально функционируют исключительно в условиях ненарушенной, целостной системы. Поэтому биофизики должны изобрести новые приемы и методы исследования. Главной особенностью таких методов является то, что они изучают полимеры именно в тех условиях, в которых они и живут.

Если были нарушены важные для дальнейшего нормального существования свойства и процессы клетки, то, соответственно, изменяются и ее физические и химические параметры. При определенных воздействиях клетка может потерять ряд своих способностей (например, способность к поляризации), хотя внешний вид клеток может оставаться неизменным.

Но клетка может не только потерять свои способности, но и приобрести так называемые артефакты. Артефакт для биофизики – это вновь образованные структуры и соединения. Главная особенность артефактов заключается в том, что их нет в неповрежденных, т. е. в целых клетках.

С появлением микроскопов, а затем с использованием электронных микроскопов значительно расширились границы исследования биологии, химии, биофизики и многих других наук. Ученые, используя методы электронной микроскопии, пытаются вскрыть детали тонкого строения молекулярного вещества. При этом они могут наткнуться и на артефакты. К чему это может привести? А вот к чему:

1) если артефакт по внешним признакам неотличим, то это может привести к ошибочным результатам. Помимо «внешнего сходства», здесь также играют заметную роль такие факторы, как наличие достаточных знаний у ученого и проявление им в процессе исследования клетки предельного внимания;

2) артефакт может быть обнаружен, если ученый обладает достаточным объемом знаний и информации, а также проявил максимальное внимание.

Перед биофизической наукой стоит ряд сложных теоретических и практических задач. Эти задачи входят в компетенцию биофизики, а другие науки могут оказывать ей помощь:

1) вопрос размена энергии в биологическом субстрате;

2) исследование роли субмикроскопических и физико-химических свойств и структур в жизнедеятельности клеток и тканей;

3) возникновение возбуждения и происхождение биоэлектрических потенциалов;

4) вопросы авторегулирования физико-химических процессов в живых организмах.

Значение четвертой задачи, т. е. задачи, касающейся вопросов авторегулирования физико-химических процессов в живых организмах, состоит в том, что надмолекулярные структуры, которые отсутствуют в живых организмах, были выявлены в гистологических препаратах. Достоверно установлено, что живым клеткам присущи следующие свойства:

1) наличие электрического потенциала между непосредственно самой клеткой и окружающей ее средой;

2) живая клетка удерживает ионный градиент по калию и натрию между клеткой и окружающей ее средой;

3) способность поляризировать электрический ток.

Эти свойства присущи только живым клеткам. Одну из самых заметных ролей в истории появления и развития биофизики сыграл выдающийся ученый Луиджи Гальвани.

2. Луиджи Гальвани, его теория. Спор с Вольтом

Луиджи Гальвани (1737–1798 гг.) – выдающийся ученый, он занимался анатомией и физиологией. Гальвани стал одним из основателей учения об электричестве. Луиджи Гальвани также известен тем, что он первый обратил внимание на то, что электрические явления возникают при мышечном сокращении (этот эффект, а точнее, явление, был назван «животным электричеством»).

Луиджи Гальвани родился 9 сентября 1737 г. в Италии, в г. Болонье. Он не планировал заниматься науками, а искал уединения и хотел беседовать в своих молитвах с Творцом, Богом. Поэтому Гальвани сначала готовился постричься в монахи, но уйти жить в монастырь у него не получилось. Скорее всего, Гальвани понял, что аскетический образ жизни не для него, и мировая история приобрела еще одного выдающегося ученого.

Гальвани поступил в местный университет, после окончания которого в 1759 г. начал готовить свою научную диссертацию. На свою научную работу Луиджи Гальвани тратит целые годы. В 1762 г. Гальвани с успехом защищает свою диссертацию, которая была названа «О костях». Успех Гальвани был настолько огромен, что он сразу же занял пост главы кафедры анатомии университета, который он сравнительно недавно окончил. Таким образом, была по достоинству оценена работа молодого ученого.

Параллельно с научной работой Луиджи Гальвани занимался и практикой: хирургией и акушерством. Через 12 лет, в 1774 г., Гальвани, проводя опыт над лягушкой, открывает «животное электричество». Луиджи Гальвани заинтересовался этим явлением как физиолог. Его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал. Он менял положение металлического провода в теле лягушки, менял источники тока и множество других параметров.

Проводя такой опыт, Луиджи Гальвани хотел использовать в качестве источника тока природное электричество, но погода стояла ясная и на небе не было ни облачка. Ученый чисто случайно прижал электроды, которые были воткнуты в спинной мозг лягушки, к железной решетке, на которой и лежала лягушка. Луиджи Гальвани был очень сильно удивлен, когда увидел, что появились такие же сокращения, как и во время опытов, которые проводились во время грозы.

Еще больше Луиджи Гальвани был удивлен, когда выяснил, что мышцы сокращаются и в то время, когда внешний источник тока отсутствует. Оказалось, что мышцы начинают сокращаться и при простом наложении на них двух пластин разных металлов, соединенных проводником.

Этими опытами физиолога Луиджи Гальвани заинтересовался другой известный ученый – физик Алессандро Вольта. Вольта высказал предположение, что электричество заключается в тех двух пластинах разных металлов, которые использовал Гальвани. И электричество возникает при соединении этих пластин проводником. Таким образом, физик Алессандро Вольта стал оппонентом в научном споре физиолога Луиджи Гальвани.

Так начался величайший спор между двумя учеными. Алессандро Вольта настаивал на том, что источник электричества – это металлы, а другой настаивал на том, что источник тока – это животные. Оба ученых проводили эксперименты в подтверждение своей теории. Луиджи Гальвани, как ему показалось, нашел неопровержимые доказательства своей точки зрения, которая состоит из двух элементов:

1) доказал, что электричество возникает и без участия металлов;

2) сняв кожный покров с нерва лапки лягушки, Луиджи Гальвани поднес его к мышцам. Мышца начала сокращаться.

Алессандро Вольта, однако, не успокоился и не отступился.

Он тоже привел весьма и весьма убедительные доказательства в пользу своей точки зрения.

Хотя и Гальвани, и Вольта считали, что в споре прав только один из них, по прошествии продолжительного периода времени стало ясно, что обе точки зрения имеют право на существование.

Алессандро Вольта был соотечественником Луиджи Гальвани, так как оба они родились в Италии, но в разных городах. Важнейшим его вкладом в развитие науки было изобретение им принципиально нового источника постоянного тока. В 1800 г. Алессандро Вольта создал так называемый вольтов столб. Это был первый химический источник электричества. Имя Алессандро Вольта было увековечено тем, что в честь него назвали единицу разности потенциалов электрического поля (вольт). Свое заслуженное признание Вольта получил в XIX в. В 1800 г. Наполеон Бонапарт открывает университет в Павии и Вольта назначают профессором кафедры экспериментальной физики.

Также Вольта был введен в комиссию института Франции; через несколько лет он получает золотую медаль, а также премию первого консула; его приглашают работать в Петербург. Папа римский назначает ему пожизненную пенсию, а во Франции он получает орден Почетного легиона.

Позже Вольта переезжает жить и работать в Австрию, в университет города Павия. К этому времени ученый был уже удостоен дворянского титула графа.

Австрийские власти так берегли Вольта, что разрешили ему работать, не посещая службу, а также подтвердили его право на пожизненную пенсию. В Павии Вольта был деканом философского факультета.

Умер Алессандро Вольта 5 марта 1827 г. у себя на родине, в итальянском городе Комо.

fictionbook.ru

9.2. Чему «учат» концепции современного естествознания?

Современные концепции естествознания в своей совокупности образуют то, что часто называют неклассической и постнеклассической наукой. Концептуальными науками классического естествознания были, как известно, механика Ньютона, классическая космология, электродинамика Максвелла, термодинамика Клаузиуса, теория эволюции Дарвина, физиология Павлова, теория бессознательного Фрейда и т.п. Несмотря на очевидное содержательное различие перечисленных концепций классического естествознания, все они исходили из неких общих принципов, которые считались единственно научными. Это − принцип детерминизма (господства однозначных причинно-следственных отношений между явлениями природы), принцип чистой объективности научного знания, принцип абсолютной истинности научного знания, принцип невозможности альтернативных научных истин об одном и том же предмете, принцип непрерывного, постепенного развития науки, принцип наличия универсального научного метода, принцип прогрессивного развития научного знания и др. Чему учат нас современные концепции естествознания? Прежде всего, − всему естественнонаучному знанию; всему развитию науки присущи скачки, революционные концептуальные изменения; возможно принятие качественно несовместимых с прежними теориями концепций в одной и той же области науки. Сам по себе релятивизм еще не означает утверждения субъективного характера научного знания, а лишь отрицает его объективно-трансцендентальный характер.

Другой революционный шаг в развитии естествознания, в становлении неклассической науки был связан с возникновением и утверждением квантовой механики − другой фундаментальной концепции современного естествознания. Если Эйнштейн разрушил веру в трансцендентальный, абсолютный характер научного познания, в возможность абсолютно истинной научной картины мира, то создатели квантовой механики: Бор, Гейзенберг, Борн, де Бройль и др. подорвали всеобщность и непререкаемость другого фундаментального онтологического принципа классического естествознания − детерминизма, принципа господства в природе причинно-следственных законов, имеющих необходимый характер связи причины и следствия («причина всегда с необходимостью порождает свои следствия», «следствие всегда есть необходимый результат какой-то причины»).

В отличие от классической механики, в квантовой механике выдвигается поло­жение о принципиально вероятностном характере поведения любых физических тел, а не только микрообъектов, как это иногда полагают. Невозможность однозначного описания движения тел связана с теми ограничениями, которые накладывает принцип неопределенности Гейзенберга на возможность одновременно абсолютно точного измерения многих сопряженных величин, входящих в физические законы. Согласно этому принципу невозможно одновременно точно измерить координату и скорость (или импульс) тела и тем самым однозначно предсказать его будущее состояние. Нижняя граница неопределенности устанавливается постоянной Планка, но преодолеть это значение неопределенности невозможно в принципе. Таким образом, согласно квантовой механике, условия физического познания мира дают возможность описывать его адекватно только вероятностно. Необходимые же законы, которыми оперирует классическая наука, суть не что иное, как огрубленное, неадекватное описание действительности, которое, правда, часто целесообразно из прагматических соображений простоты, когда для многих случаев успешной практики не требуется подлинной точности.

Квантовая механика сформулировала важный для науки тезис: с точки зрения возможностей человеческого познания мир вероятностен, им управляет вероятность, а не необходимость, а в основе вероятности неизбежно лежит множество случайных событий.

Современное естествознание преподносит человечеству уроки.

Первое. Для большинства объектов и систем невозможно их единственное непротиворечивое описание, поскольку многие из них наделены частично или полностью взаимоисключающими свойствами, например − фотоны и электроны обладают и корпускулярными и волновыми свойствами. Поэтому полное их описание возможно только в виде двух дополняющих друг друга картин − волновой и корпускулярной. Свойства волны и частицы у элементарных объектов диспозиционны, а реально они проявляют себя всегда либо как волны, либо как корпускулы. А как конкретно они себя проявят в каждом случае – зависит от условий их познания, в частности от условий наблюдения с помощью различных приборов. Таким образом, с точки зрения квантовой механики физическая истина не только относительна, но и субъект-объектна, поскольку условия познания (наблюдения) существенно влияют на результат познания и не могут быть элиминированы из последних в принципе, как это допускала классическая механика.

Второе. Абстракция чисто объективного познания физичес­кой реальности при исследовании классических объектов с большими массами и относительно малыми скоростями (по сравнению со скоростью света) полезна с практической точки зрения, (так как отвлекается от малых − с точки зрения макропрактики − величин, значительно упрощая при этом описание реальности), но она неверна теоретически, с философско-гносеологической позиции. Таким образом, философские основания классической и неклассической механики не просто различны, но и отрицают друг друга, т.е. несовместимы.

Важным показательным уроком динамики естествознания стало создание современной космологии, которая сознательно положила в фундамент своих философских оснований распространение принципа эволюции с живой природы также и на всю неживую природу, поместив начало его действия в точку сингулярности, т.е. в момент Большого взрыва − начало образования нашей Вселенной. Более того, современная космология исходит не только из универсального характера действия принципа эволюции, но и вводит в число своих философских оснований так называемый антропный принцип, согласно которому эволюция во Вселенной носит целесообразный, направленный характер, а целью ее (эволюции) является порождение разумных существ − человека в частности. На языке теории систем и кибернетики это означает, что вся Вселенная по существу является системой с рефлексией, т.е. самопознающей и самоуправляемой системой с самого начала своего возникновения (и в данном случае несущественно − с вмешательством Творца или нет).

Как показывают многочисленные физические и математические расчеты, без допущения антропного принципа, или принципа рефлексивного характера Вселенной как системы, невозможно объяснить очень тонкий механизм согласования многих наблюдаемых фундаментальных физических констант и законов. С точки зрения научного мышления вероятность того, что эти тонкие физические согласования носят случайный характер, должна быть приравнена к нулю. С этих позиций взгляды ранних античных философов о разумном устройстве космоса и о «нусе» (Анаксагор) как о естественном объективном разуме − высшем законе природы, равно как и взгляды объективных идеалистов об объективном (внечеловеческом) характере мышления не кажутся такими уж фантастическими и сказочно умозрительными. Можно утверждать, что именно современная космология являет собой начало и яркий образец того, что многие называют постнеклассической наукой, приходящей на смену неклассической науке, парадигмальную основу которой составляют теория относительности и квантовая механика. Сущность современной постнеклассической науки действительно состоит в том, что она перешла к изучению сверхсложных, в высшей степени организованных систем, часто включающих в себя человека в качестве одного из своих важнейших элементов и подсистем (биосфера, геосфера, техносфера, экономика, глобаль­ные проблемы и т.п.).

Наконец, последний и по времени, и по важности для мировоззрения – из уроков современного естествознания связан с возникновением и бурной экспансией во все фундаментальные области современной науки (механика, физика, химия, биология, космология, техника) идей новой фундаментальной концепции современного естествознания − синергетики. Возникнув в 50-х годах XX в. как вполне безобидное распространение идей классической термодинамики на описание поведения открытых стохастических механических систем при взаимодействии их с окружающей средой путем обмена с ней энергией, массой и информацией, творцы синергетики (И. Пригожин, Г. Хакен, С. Курдюмов и др.) обнаружили, что в открытых диссипативных системах в целом не действуют линейные зависимости при описании поведения отдельных элементов такой системы и системы в целом. Диссипативные системы эволюционируют не постепенно, а в целом − скачкообразно, а на самой траектории их эволюции всегда есть выделенные точки (бифуркационные точки), где происходит «выбор» одной из множества возможных траекторий следующего этапа эволюции системы. В точках бифуркации выбор системой дальнейшей траектории движения определяется в целом случайным образом и не связан линейной или причинной зависимостью с ее предшествующими состояниями (в этих точках система как бы «забывает» весь свой прошлый опыт).

Современное естествознание меняет свой концептуальный облик, переходя при описании движения и взаимодействия своих объектов с языка линейных уравнений и причинно-следственных зависимостей на язык нелинейности и кооперативных, резонансных связей между объектами. Фактически налицо новая революция в естествознании, но своей методологической значимости ни в чем не уступающая появлению в свое время таких теорий, как неевклидова геометрия, эволюционная теория Дарвина, теория относительности и квантовая механика. Новая парадигма современного естествознания − синергетика является выражением, обоснованием и универсализацией идеи нелинейного (синергетического) мышления в науке, основанного на признании синергетической парадигмы фундаментальной и творчески-конструктивной роли случая в мире природы, значимость и вес которого в структуре бытия, по крайней мере, не меньше законосообразности, а тем более − необходимости. По существу, квантовая механика нанесла лишь первый и притом отнюдь не смертельный удар по лапласовскому детерминизму. По-настоящему это сделала лишь синергетика, изящно и естественно объяснив вторичность порядка по отношению к хаосу, возможность математически обосновать происхождение первого из второго (а впрочем, откуда же было, спрашивается, и взяться порядку, как не из хаоса). Одной из самых трудных философско-методологических проблем, стоящих перед современным и будущим естествознанием, является проблема совместимости, увязки в одно теоретическое целое современной космологии и синергетики. На этом стыке человечество ожидает очередная научная революция.

И самый главный урок современного естествознания заключается в том, что как бы ни была велика относительная самостоятельность, мощь науки и ее роль в развитии цивилизации, ученые всегда должны помнить, что их главное предназначение − способствовать продолжению человеческого рода, его духовному и материально-энергетическому росту и могуществу.

Не богатство и не власть, а знания в сочетании со здоровьем представляют истинные ценности в жизни.

studfiles.net

Книга: Концепции современного естествознания

Луиджи Гальвани (1737–1798 гг.) – выдающийся ученый, он занимался анатомией и физиологией. Гальвани стал одним из основателей учения об электричестве. Луиджи Гальвани также известен тем, что он первый обратил внимание на то, что электрические явления возникают при мышечном сокращении (этот эффект, а точнее, явление, был назван «животным электричеством»).

Гальвани поступил в местный университет, после окончания которого в 1759 г. начал готовить свою научную диссертацию. На свою научную работу Луиджи Гальвани тратит целые годы. В 1762 г. Гальвани с успехом защищает свою диссертацию, которая была названа «О костях». Успех Гальвани был настолько огромен, что он сразу же занял пост главы кафедры анатомии университета, который он сравнительно недавно окончил.

Параллельно с научной работой Луиджи Гальвани занимался и практикой: хирургией и акушерством. Через 12 лет, в 1774 г., Гальвани, проводя опыт над лягушкой, открывает «животное электричество». Луиджи Гальвани заинтересовался этим явлением как физиолог. Его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал. Он менял положение металлического провода в теле лягушки, менял источники тока и множество других параметров.

Проводя такой опыт, Луиджи Гальвани хотел использовать в качестве источника тока природное электричество, но погода стояла ясная и на небе не было ни облачка. Ученый чисто случайно прижал электроды, которые были воткнуты в спинной мозг лягушки, к железной решетке, на которой и лежала лягушка. Гальвани был очень сильно удивлен, когда увидел, что появились такие же сокращения, как и во время опытов, которые проводились во время грозы.

Еще больше Луиджи Гальвани был удивлен, когда выяснил, что мышцы сокращаются и в то время, когда внешний источник тока отсутствует. Оказалось, что мышцы

начинают сокращаться и при простом наложении ^™ на них двух пластин разных металлов, соединенных проводником.

Этими опытами физиолога Луиджи Гальвани заинтересовался другой известный ученый – физик Алессандро Вольта. Вольта высказал предположение, что электричество заключается в тех двух пластинах разных металлов, которые использовал Гальвани. И электричество возникает при соединении этих пластин проводником. Таким образом, физик Алессандро Вольта стал оппонентом в научном споре физиолога Луиджи Гальвани.

Так начался величайший спор между двумя учеными. Алессандро Вольта настаивал на том, что источник электричества – это металлы, а другой настаивал на том, что источник тока – это животные. Оба ученых проводили эксперименты в подтверждение своей теории. Луиджи Гальвани, как ему показалось, нашел неопровержимые доказательства своей точки зрения, которая состоит из двух элементов:

1) доказал, что электричество возникает и без участия металлов;

2) сняв кожный покров с нерва лапки лягушки, Луиджи Гальвани поднес его к мышцам. Мышца начала сокращаться.

Алессандро Вольта, однако, не успокоился и не отступился. Он тоже привел весьма и весьма убедительные доказательства в пользу своей точки зрения.

Хотя и Гальвани, и Вольта считали, что в споре прав только один из них, по прошествии продолжительного периода времени стало ясно, что обе точки зрения имеют право на существование.

Важнейшим вкладом Алессандро Вольта в развитие науки было изобретение им принципиально нового источника постоянного тока. В 1800 г. Алессандро Вольта создал так называемый вольтов столб. Это был первый химический источник электричества. Имя Алессандро Вольта было увековечено тем, что в честь него назвали единицу разности потенциалов электрического поля (вольт). Свое заслуженное признание Вольта получил в XIX в.

www.e-reading.by

Концепции современного естествознания краткое содержание основных понятий содержание

Тема 1.1. Научный метод познания 2

Наука в западном ее понимании стала формироваться в 16-17 вв. прежде всего усилиями англичанина Френсиса Бэкона и француза Рене Декарта. Именно они обосновали применение научных методов как основного инструмента познания, а науку – как средство покорения природы. 3

Стиль мышления в науке со времен Бэкона и Декарта характеризуется: 3

1) опорой на эксперимент; 3

2) господством аналитического (математического) подхода. 3

В этом соединение чувственности и рациональности. А значит можно дать такое определение: наука – это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке и математическом доказательстве. 3

Тема 1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры 6

Тема 1.3. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития) 11

Темы 1.4. Развитие представлений о материи 28

Тема 1.5. Развитие представлений о движении 41

Тема 1.6. Развитие представлений о взаимодействии 43

Раздел II. Пространство, время, симметрия 46

Тема 2.1. Эволюция представлений о пространстве и времени 46

Тема 2.2. Специальная теория относительности (СТО) 52

Тема 2.3. Общая теория относительности 55

Тема 2.4. Принципы симметрии, законы сохранения 56

Раздел III. Структурные уровни и системная организация материи 62

Тема 3.1. Микро-, макро-, мегамиры 62

Тема 3.2. Системные уровни организации материи 65

Свойства систем 66

Тема 3.3. Структуры микромира 67

Тема 3.4. Химические системы 70

Тема 3.5. Особенности биологического уровня организации материи 78

Раздел IV. Порядок и беспорядок в природе 84

Тема 4.1. Динамические и статистические закономерности в природе 84

Тема 4.2. Концепции квантовой механики 87

Тема 4.3. Принцип возрастания энтропии 89

Тема 4.4. Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма. 94

Раздел V. Панорама современного естествознания 101

Тема 5.2. Геологическая эволюция 105

Тема 5.3. Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем) 112

Тема 5.4. Эволюция живых систем 118

Тема 5.5. История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем) 123

Тема 5.6. Генетика и эволюция 125

Раздел VI. Биосфера и человек 127

Тема 6.1. Экосистемы (многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы) 127

Тема 6.2. Биосфера 128

Тема 6.3. Человек в биосфере 133

Тема 6.4. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье). 143

К концу ХХ века на Земле сложился комплекс экологических проблем, основные из которых следующие: 145

Тема 1.1. Научный метод познания

 Основные понятия

Научное познание. Свойства научного знания. Принципы верификации и фальсификации. Псевдонаука как имитация научной деятельности. Отличительные признаки псевдонауки.

Методология. Методы научного познания: наблюдение; эксперимент; измерение; моделирование; индукция; дедукция; анализ; синтез; абстрагирование.

Структурные элементы научного знания: научный факт, понятие, постулат, закон, гипотеза, теория, концепция, парадигма, картина мира.Гипотеза. Требования к научным гипотезам. Научная теория. Область применимости теории. Принцип соответствия.

Эмпирическое и теоретическое познание.

 Краткое содержание

Наука— сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности, т.е. таких знаний, содержание которыхне зависитни от человека, ни от человечества.

Основные свойства научного знания:

Основные функции науки:

Взаимодействие человека, природы и общества всегда происходит в рамках существующей на определенный момент времени культуры. Наука является одним из важнейших и основных компонентов духовной культуры человечества. Научная картина мира всегда была важнейшей составной частьюмировоззрения человека. Научное понимание природы, особенно в настоящую эпоху, существенно определяет содержание внутреннего духовного мира человека, сферу его представлений, ощущений, переживаний, динамику его потребностей и интересов.

Кроме того, наука теснейшим образом связана с материальным производством, с практикой преобразования природы, социальных отношений. Большая часть материальной культуры общества создана на базе науки, прежде всего достижений естествознания.

Также, наука есть социальный институт, в котором существует специализация по отдельным отраслям, распределение функций научной деятельности, создается внутринаучная система ценностей, т.е. это также определенная система организованности (академии, институты, лаборатории и т.д.)

Наука в западном ее понимании стала формироваться в 16-17 вв. прежде всего усилиями англичанина Френсиса Бэкона и француза Рене Декарта. Именно они обосновали применение научных методов как основного инструмента познания, а науку – как средство покорения природы.

Стиль мышления в науке со времен Бэкона и Декарта характеризуется:

1) опорой на эксперимент;

2) господством аналитического (математического) подхода.

В этом соединение чувственности и рациональности. А значит можно дать такое определение: наука – это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке и математическом доказательстве.

В процессе развития науки происходит постоянное обновление идей и концепций, более ранние представления становятся частными случаями новых теорий. Таким образом, научная картина мира — не догма и не абсолютная истина. В то же время, научные представления приближены к истине, так как основаны на всей совокупности доказанных фактов и установленных причинно-следственных связей. В результате научные знания позволяют делать верные предсказания о свойствах нашего мира и способствуют развитию человеческой цивилизации. Противоречия между научными концепциями преодолеваются путём выявления новых фактов и сравнения их с предсказаниями различных теорий. В таком развитии — суть научного метода.

В широком смысле метод— это способ организации средств (инструментов, приемов, операций и др.) теоретической и практической деятельности.

Научный метод — это способ организации средств познания (приборов, инструментов, приемов, предметных и теоретических операций и др.) для достижения научной истины, система регулятивных принципов познавательной деятельности. Научный метод рационализирует и оптимизирует научное познание.

Ф. Бэкон:научный метод подобен фонарю, освещающему дорогу бредущему в темноте путнику; даже хромой, идущий по дороге, опережает того, кто бежит без дороги.

Методы научного познания по степени их общности(т. е. по широте применимости в процессе научного исследования) подразделяют на:

  1. Всеобщие методы: диалектический и метафизический, т.е. это общефилософские методы.

  2. Общенаучные методы: эмпирические и теоретические; используются в самых различных областях науки, т. е. имеют весьма широкий междисциплинарный спектр применения.

  3. Частнонаучные методы: используются только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т. д.) имеет свои специфические методы исследования. Но такие методы, как правило, содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные методы познания – могут присутствовать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Таким образом, частнонаучные методы тесно связаны с общенаучными и включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкретной области объективного мира.

В естествознании исторически сложились и в настоящее время применяется много научных методов: наблюдение; эксперимент; индукция; дедукция; анализ; синтез; формализация; измерение; сравнение; идеализация; моделирование; аксиоматизация; гипотетико-дедуктивный метод; метод математической гипотезы; генетический методи др.

Важными элементами научного методаявляются следующие четыре шага:

  1. Наблюдения, описания, измерения

  2. Гипотеза (гипотетическое объяснение наблюдений и измерений). Требования к научным гипотезам: соответствие эмпирическим фактам; проверяемость.

  3. Предсказания (логические следствия из гипотезы)

  4. Эксперимент (опыты, проверяющие описанные шаги)

Научное знание, полученное на основе проверенных практикой методов познания, выражается в различных формах: в понятиях, категориях, законах, гипотезах, теориях, научной картине мираи др.

Таким образом, научный метод считается фундаментом научного познания и приобретения новых знаний на основе физических доказательств. Учёные предлагают объяснения природных явлений в виде теорий, основываясь на наблюдениях, гипотезах и дедуктивных предположениях. Предсказания (прогнозы), сделанные на основе теории, проверяются экспериментом. Результаты любой достаточно убедительной теории должны быть проверены воспроизводимыми опытами. Если они оправдываются, то теория принимается. Научный метод предоставляет собой очень осторожный способ построения адекватной и доказанной картины мира. Последовательное применение научного метода отличает науку от лженауки (псевдонауки).

Отличительные признаки псевдонауки как имитации научной деятельности:

В структуре научного познаниявыделяются уровни или этапы, имеющие различные цели, задачи, методы и характер результатов:

Его цель– описание явления, изучение связей между различными физическими величинами, характеризующими его.

Основные методы- наблюдение и эксперимент, предметное моделирование, описание полученных результатов, измерение и др.

Основные элементы, слагающие процесс познанияна эмпирическом уровне,- научные факты, понятия, законы.

Закон— высшая цель эмпирического уровня познания — является результатом мыслительной деятельности по обобщению, группировке, систематизации фактов, в которой применяются различные приемы мышления (аналитические и синтетические, индуктивные и дедуктивные и пр.). Закон отражает устойчивое, повторяющееся в явлении.

Если на эмпирическом уровне познания законы объекта выделяются и констатируются, то на теоретическом уровне они объясняются. Мало сформулировать законы объекта, надо показать, что именно эти, а не какие-либо другие законы должны характеризовать данный объект. Такая задача и решается на теоретическом уровне познания.

Его цель– объяснение явления.

Основные методы– анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, идеализация и т.д.

Также как на эмпирическом уровне, на теоретическом этапе формируются понятия и законы. Элементы, характерные толькодля теоретического уровня, – модели, принципы, постулаты, гипотезы. Это те формы, методы и способы организации знания, которые характеризуются той или иной степенью опосредованности и обеспечивают создание, построение и разработкунаучной теории(логически организованного знания о законах, необходимых связях и отношениях предметной области данной науки). Сюда относятся также элементы и составные части теории: научные абстракции, идеализации и мысленные модели; научная идея и гипотеза; различные методы оперирования с научными абстракциями и построения теорий, логические средства организации знания и т.д.

studfiles.net

Курс лекций Концепции современного естествознания Введение

Изучение дисциплины «Концепции современного естествознания» преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям и специальностям, с неотъемлемым компонентом единой культуры - естествознанием, и формирования целостного взгляда на окружающий мир. На многие конкретные вопросы той или иной профессии дают ответ специальные науки, но часто они не отвечают на более глобальные вопросы: как устроен окружающий нас мир в целом, каким фундаментальным законам подчиняется природа, что представляют собой жизнь, разум, человек и его место во Вселенной.

Несмотря на необходимое присутствие элементов истории и философии в науки, основное содержание дисциплины составляет целостное описание природы и человека (как части природы) на основе научных достижений, смены методологий, концепций и парадигм, в общекультурном, историческом контексте.

Глава 1. Естественнонаучное познание

1.1 Наука и ее характерные черты

Наука – сфера человеческой деятельности, целью которой является изучение предметов и процессов природы, общества и мышления, их свойств, отношений и закономерностей.

Наука – одна из форм общественного сознания. За две с половиной тысячи лет своего существования нау­ка превратилась в сложное, системно организованное образова­ние с четко просматриваемой структурой. Основными элемен­тами научного знания являются:

  1. твердо установленные факты;

  2. закономерности, обобщающие группы фактов;

  3. теории, как правило, представляющие собой системы закономерностей, в совокупности описывающих некий фрагмент реальности;

  4. методы как специфические приемы и способы исследования реальности, исходящие из особенностей и закономерностей изу­чаемых объектов;

  5. научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в которых сведены в некое системное единство все теории, допускающие взаимное согласование.

Выделяют следующие функции современной науки:

    1. описательная – выявление существенных свойств и отношений действительности;

    2. систематизирующая – встраивание объективных знаний в систему;

    3. объяснительная – объяснение сущности изучаемого явления, причин его возникновения и развития;

    4. производственно-практическая – возможность применения полученных знаний на практике;

    5. прогностическая – возможность научного предвидения явлений в будущем;

    6. мировоззренческая – внесение полученных знаний в существующую картину мира.

Соотношение науки и вненаучного знания. Общее доверие к науке настолько велико, что мы порой просто отождествляем по­нятия «знание» и «научное знание», считая их почти синонимами. Но существует немало видов знания, источником которых явля­ется не наука, а житейский опыт, эстетические впечатления, лженаучные, игровое познание, религиозное откровение и т.д.

Религия (вера)- важнейший компонент внутреннего духовного мира человека, психический акт и эле­мент познавательной деятельности. Она обнаруживает себя в непосред­ственном, не требующем доказательства принятии тех или иных положе­ний, норм, истин. Вера проявляется в состоя­нии убежденности и связана с чувством одобрения или неодобрения, требует от человека соблюдения тех принципов и моральных предписаний, в которые он верит.

Научное знание отличается от других форм познания следующими признаками:

      1. научное знание характеризуется систематичностью, а также логической выводимостью одних знаний из других;

      2. объектами научного (теоретического) познания выступают не сами по себе предметы и явления реального мира, а их свое­образные аналоги — идеализированные объекты (например, точка, прямая в геометрии, идеальный газ, абсолютно черное тело в физике);

      3. важным признаком научного познания является осознанный контроль над самой процедурой получения нового знания, фикса­ция и предъявление строгих требований к методам познания;

      4. научное описание исследуемых объектов требует строгости и однозначности языка, четко фиксирующего смысл и значение по­нятий;

      5. научное знание претендует на общеобязательность и объективность открываемых истин, т.е. их независимость от познаю­щего субъекта, безусловную воспроизводимость;

      6. наука изучает не все явления подряд, а только те, которые повторяются, и поэтому ее главная задача — искать законы, по ко­торым эти явления существуют.

В различные периоды истории наблюдалось различное сочетание и соподчинение науки с различными сферами человеческой деятельности. В античный период наука была частью философии и выступала в комплексе со всеми формами общественного сознания. В Средние века наука находилась под властью религии, которая значительно сдерживала ее развитие. В эпоху Возрождения наука начинает бурно развиваться, но сохраняет за философией место ведущего элемента в мировоззрении.

В XIX в. наука, не осознавая своих границ, пыталась дать ответ на все вопросы бытия. Так возникла идеология сциентизма как веры в науку как единую непререкаемую истину.

Антисциентисты считают, что наука (научное познание), безусловно, является одной из форм по­стижения бытия, но она выражает собой лишь ог­раниченное, по сравнению с философией, знание, так как она не каса­ется бытия в целом. Наука не может претендовать на «чистое» описание мира уже потому, что она, как и любая конструктивная деятельность разума, базируется на определенных ценностях и представляет собой, прежде всего особую мировоззренческую ориентацию. В основе этой ориентации лежит предпо­сылка о полном постижении мира с помощью конкретно-научных мето­дик. Но ни о какой полноте постижения бытия здесь и речи быть не может, так как оно всегда предметно ограничено. Таким образом, согласно антисциентизму, наука – лишь одно из средств упорядочивания (конструирования, интерпрета­ции) мира.

Классификация наук. К настоящему времени наука превратилась в весьма слож­ную, многоплановую и многоуровневую систему знаний. Главный способ ее организации — дисциплинарный.

По предметному своеобразию все научные дисциплины де­лятся на три большие группы: естественные, общественные и технические.

Предметная область естественных наук (физики, химии, био­логии, геологии и др.) охватывает все доступные человеку при­родные процессы, протекающие независимо от воли и сознания людей.

Общественные науки имеют дело с той частью бытия, которая включает все проявления социальной жизни: деятельность людей, их мысли, чувства, ценности, возникающие социальные органи­зации и институты и т.д. В совокупности общественных наук принято выделять соци­ально-научные и гуманитарные дисциплины (эконо­мика, социология, политология, демография, этнография, антро­пология). Разделение это не строгое и не однозначное, но тем не менее имеющее под собой серьезное основание.

В дисциплинарной структуре научного знания особое место занимают науки технические. К ним относятся электротехника, электроника, радиотехника, энергетика, материаловедение, металлургия, химические технологии и др. Предмет их исследований — техника, технология, материалы, т.е. вещная и процессуальная сто­роны человеческой деятельности. Главной особенностью технических наук считается то, что конечной их целью выступает не по­знание истины о природных процессах, а эффективное использо­вание этих процессов в производственной и иной деятельности человека. Поэтому большая часть технического знания может быть отнесена к разряду прикладного, которое принято отличать от зна­ния фундаментального.

Соотношение фундаментальных и прикладных наук обычно выражают противопоставлением «знания, что» «знанию, как». За­дача прикладных наук — обеспечить практическое применение фундаментального знания, довести его конечный продукт до по­требителя.

studfiles.net


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.