Концепции современного естествознания

Брызгалина Е.В.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 21.02.2013 ISBN: 9785392103546 Язык: Объем текста: 561 стр. Формат: epub

Оглавление

Введение

Глава 1. Наука как форма духовного освоения действительности

Глава 2. Историческое развитие наук о природе

Глава 3. Современная научная космология и космогония

Глава 4. Образы современного физического мира. Концепции современной химии

Глава 5. Сущность живого и проблема происхождения

Глава 6. Системный подход в современной науке

Глава 7. Концепция эволюционизма в современной науке

Глава 8. Природа и общество: естественно-научные аспекты экологической и демографической проблем

Глава 9. Концепция происхождения человека

Глава 10. Соотношение биологического и социального в концепциях социобиологии и биополитике

Глава 11. Индивидуальность человека: генно-средовая парадигма в современной науке

Глава 12. Ценностные регулятивы развития естествознания: проблемы развития биотехнологии и генной инженерии

Глава 13. Нанотехнологии в ХХ веке

Глава 14. Ценность человеческой жизни и современные биоэтические проблемы

Заключение

Словарь по концепции современного естествознания

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

ГЛАВА 4.
Образы современного физического мира. Концепции современной химии

В классических представлениях в естествознании различают два вида материи – вещество и поле.

Вещество – вид материи, обладающей массой покоя. В конечном счете вещество слагается из элементарных частиц, масса покоя которых не равна нулю (в основном электронов, протонов и нейтронов). В классической физике вещество и поле противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго – непрерывна. Квантовая физика, внедрившая идею двойственной корпускулярно-волновой природы любого микрообъекта, привела к нивелированию этого представления. Выявление тесной взаимосвязи вещества и поля привело к углублению представлений о структуре материи. На этой основе были строго разграничены понятия вещества и материи, отождествляющиеся в науке на протяжении многих веков.

Что такое поле? Поле определяется через силы, действующие на некоторый пробный объект (заряд, массу), помещенный в данную точку пространства. Пространство непрерывно. В каждой его точке эта сила имеет вполне определенное значение, считающееся характеристикой поля. При этом переход от точки к точке непрерывный и плавный. Важным свойством поля является непрерывность его характеристик. Именно непрерывность позволяет непрерывно применять математические методы для описания физических характеристик разнообразных объектов. К настоящему времени известно несколько типов физических полей, соответствующих типам взаимодействий, – электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля элементарных частиц.

Современные представления дают основания к веществу и полю добавить третий вид материи – физический вакуум.

С точки зрения техники вакуум (от лат. vacuum – пустота) – состояние газа, когда длина пробега молекул между последовательными столкновениями становится меньше характерных размеров сосуда, то есть возможна передача энергии не от молекулы к молекуле, а от одной стенки сосуда к другой. Именно поэтому пористые вещества – поролон, обожженная глина, вата и т. п. являются хорошими теплоизоляторами. В абсолютно пустом сосуде (достичь такого состояния невозможно) остается поле, и, оказывается, в физическом вакууме могут виртуально, на некоторый промежуток времени, рождаться пары – частица и античастица, электрон и дырка (позитрон). При этом выполняются, в общем, законы сохранения. Как исследовать эти состояния? Насколько виртуальные частицы отличаются от реальных? Это проблемы современного естествознания.

Наука о веществах зародилась в Египте. Термин «химия» происходит (по Плутарху) от одного из древних названий Египта, Хеми («черная земля»), и в первоначальном смысле слова означал «египетское искусство». Позже «химия» определялась как искусство создания золота и серебра. Существует и иная точка зрения, связанная с греческим hymia – искусство литья (от греч. hyma – литье).

Химия – наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. В настоящее время химия представляет собой высокоупорядоченную, постоянно развивающуюся систему знаний о химических элементах и их соединениях, энергетике химических процессов, реакционной способности веществ, катализаторах и т. д.

Современная химия занимается получением веществ с заданными свойствами (на это направлена производственная деятельность людей) и выявлением способов управления свойствами вещества (на чем сосредоточена научно-исследовательская деятельность). В этом заключается основная проблема химии и системообразующее начало ее как науки.

Химию обычно рассматривали как науку о составе и качественном превращении различных веществ. В первое время именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, необходимо наличие точного понятия химического элемента. Были попытки отождествить элементы непосредственно со свойствами и качествами веществ, но они не достигали этой цели. При этом не имелось ясного представления о «простом веществе» и поэтому за него принимали химическое соединение. Так, например, железо, медь и другие известные в то время металлы рассматривались как сложные тела, а окалина, полученная при их прокаливании, – как простое тело. Теперь известно, что окалина, или оксид металла, представляет собой соединение металла с кислородом, то есть является сложным телом.

Такое ошибочное представление было определено господствовавшей в то время ложной гипотезой флогистона, согласно которой сложные тела состоят из соответствующего элемента и особого «невесомого тела» – флогистона. Эта гипотеза была опровергнута известным французским химиком Антуаном Лавуазье (1743–1794) после открытия кислорода и выявления его роли в процессах окисления и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения (известь, магнезию и др.). Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения.

Постепенно химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства и реакционную способность и благодаря этому накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему. Такие системы предлагались разными учеными, но были весьма несовершенными потому, что в качестве системообразующего фактора брались несущественные, второстепенные и даже чисто внешние признаки элементов.

Заслуга Д. И. Менделеева (1834–1907) состоит в том, что, открыв периодический закон, он заложил фундамент для построения подлинно научной системы химических знаний. В его время был известен 61 элемент. Перед ним стояла проблема организации материала. В качестве системообразующего фактора, или «неизменного общего в изменяемом и частном», он выбрал атомную массу, или атомный вес. В соответствии с атомным весом он обнаружил повторяемые подобия через периоды в 8,8 и 18 элементов. Он расположил химические элементы в систему и показал, что их свойства находятся в периодической зависимости от атомного веса. Его периодический закон сформулирован в следующем виде: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. Это было гениальное эмпирическое обобщение фактов, а их физический смысл долго оставался непонятым, так как отсутствовали представления о сложности строения атома. Но порядок элементов, основанный на атомном весе, не везде согласовывался с картиной химического подобия. Атомный вес не является наилучшим критерием для упорядочивания элементов. Кроме этого в таблице имелись пустые места, Д. И. Менделеев предсказал существование и свойства элементов, позднее открытых во Франции под именем галлий, и в Германии под именем германий. Благодаря возможности не только объяснять, но и предсказывать его периодическая система получила широкое признание в научном мире.

Сегодня известно около 110 элементов и пустоты в таблице отсутствуют. На базе современных данных о составе атомного ядра и о распределении электронов в атомах периодический закон переформулирован таким образом: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера). Атомные номера последовательно и без пропусков занимают ряд от 1 до 110. Вертикальные колонки таблицы называют группами, а горизонтальные ряды – периодами. Вертикальные группы содержат элементы, имеющие значительные подобия, так же как и все группы соединений, которые они образуют, и демонстрируют систематические изменения от верхнего к нижнему краю. Элементы в горизонтальных периодах демонстрируют плавные изменения при перемещении слева направо (металлы окажутся на левом конце периода, а неметаллы – на правом). Периодическая таблица все еще меняется. Химики считают периодическую систему главной химической концепцией, так как она суммирует основные свойства элементов – изменение их физических свойств, изменение свойств атомов, изменение химических свойств.

Дальнейшее развитие науки позволило уточнить, что свойства химических элементов зависят от их атомного номера, определяемого зарядом ядра. Атомный же вес является средним арифметическим величин масс изотопов, из которых состоит элемент. Изотопами называются разновидности атомов, которые имеют одинаковый заряд ядра, но отличаются по своей массе. Тем самым была решена и проблема химического элемента, которая с XVIII в. оставалась предметом многочисленных дискуссий.

В настоящее время химическим элементом называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя и различаются по своей массе, вследствие чего атомные веса элементов не выражаются целыми числами.

Сегодня известно 92 стабильных элемента и многие сотни тысяч чистых веществ, построенных из них. Существуют тысячи минералов, десятки тысяч неорганических и особенно органических соединений, неисчислимое количество сплавов.

Все разнообразие веществ возникает из сложного, но повторяющегося сочетания мельчайших составных частиц – атомов.

Гипотеза об атомах как неделимых частицах вещества была возрождена в естествознании, и прежде всего в физике и химии, для объяснения таких эмпирических законов, как законы Бойля – Мариотта и Гей-Люссака для идеальных газов, теплового расширения тел и различных химических законов. Закон Бойля – Мариотта утверждает, что объем газа обратно пропорционален его давлению, но не объясняет почему. Аналогично этому при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового расширения не объясняет причину такого расширения.

Очевидно, что для такого объяснения необходимо выйти за рамки наблюдаемых зависимостей, которые выражаются в эмпирических законах, и обратиться к теоретическим гипотезам и законам. В отличие от эмпирических законов они содержат понятия и величины, относящиеся к ненаблюдаемым объектам. Именно такими объектами являются атомы, а также образованные из них молекулы. С помощью атомов и молекул в кинетической теории вещества убедительно объясняются все перечисленные и другие известные эмпирические законы. Действительно, чтобы ответить на вопрос, почему объем газа увеличивается вдвое, когда его давление уменьшается на столько же, мы представляем себе газ, состоящий из огромного числа атомов или молекул, движущихся беспорядочно в разных направлениях и с разной скоростью. Непосредственно наблюдаемое и измеряемое уменьшение давления газа мы истолковываем как увеличение свободного пробега составляющих его атомов и молекул, вследствие чего возрастает объем, занимаемый газом.

Таким образом, свойства наблюдаемых нами тел и законов их поведения мы объясняем с помощью простых свойств невидимых атомов и молекул. При этом свойства более сложных образований, какими являются молекулы, объясняются также с помощью атомов, так что атомы оказываются последними, далее неразложимыми частицами вещества, а точнее химических элементов.

Наука Брызгалина Е.В. Концепции современного естествознания

Наука Брызгалина Е.В. Концепции современного естествознания

Цель данного учебника – помочь студентам овладеть содержанием курса «Концепции современного естествознания», посвященного фундаментальной сфере современной культуры – науке. Учебник ориентирует на формирование у студентов компетенций, предусмотренных ФГОС ВПО по социогуманитарным направлениям подготовки. Учебник знакомит студентов с особенностями естественно-научной картины мира, основаниями противопоставления естественно-научной и гуманитарной культуры и необходимостью их синтеза на основе целостного взгляда на окружающий мир. В учебнике анализируются ключевые этапы развития естествознания, указывается на преемственность и непрерывность в изучении природы. Учебник освещает основной комплекс проблем естествознания конца ХХ – начала ХХI века. Для изучения предлагаются те концепции и проблемы, которые определяют облик современного естествознания и задают место научного подхода в культуре. Для студента – будущего специалиста в области социогуманитарного знания особенно принципиально осознание основных концепций и законов естествознания в их связи с проблемами общественной жизни, осмысление общих тенденций и взаимовлияний естественно-научного и социогуманитарного знания. Предлагаемый учебник представляет собой не просто совокупность актуальных вопросов из традиционных курсов физики, химии, биологии, экологии, антропологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского и культурологического подходов. Учебник адресован студентам, получающим образование по социогуманитарным направлениям, всем интересующимся тенденциями развития современной науки. <br><br> <h3><a href="https://litgid.com/read/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya1/page-1.php">Читать фрагмент...</a></h3>

Внимание! Авторские права на книгу "Концепции современного естествознания" (Брызгалина Е.В.) охраняются законодательством!