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 6.
Системный подход в современной науке

В науке широко используется представление о структурных уровнях материи. Они образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Неорганическая природа предстает как имеющая такую последовательность структурных уровней: микроэлементарный (уровень элементарных частиц и полевых взаимодействий) – ядерный – атомарный – молекулярный – уровень макроскопических тел различной величины – планеты, звездно-планетные комплексы – галактики – метагалактики. Живая природа тоже структурирована, в ней возможно выделить следующие уровни: уровень биологических макромолекул – клеточный уровень – микроорганизменный – уровень органов и тканей – организм – популяционный – биоценозный – биосферный. Переход от одной области действительности к другой связан с усложнением и увеличением многообразия факторов, обеспечивающих целостность систем. Закономерности новых уровней специфичны, несводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли. Структурное многообразие, то есть системность, является способом существования материи.

Исходным понятием в представлении структурной упорядоченности выступает понятие «система». Определений этому понятию на сегодняшний день существует множество. Один из основоположников общей теории систем Л. Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов. Далее неразложимый компонент системы при данном способе ее рассмотрения называется элементом. Для анализа сложноорганизованных, саморазвивающихся систем, когда между элементами и системой имеются «промежуточные комплексы» более сложные, чем элементы, но менее сложные, чем система, используют понятие «подсистема».

Понятие «целое» шире понятия системы. Системами являются не только целостные, но и суммативные системы (примером суммативных систем является, например, набор карандашей или террикон угольной разработки). В целостных системах в результате взаимодействия элементов внутренние связи гораздо существеннее внешних, в системе появляются новые качества, несводимые к свойствам элементов (например, свойства Н2О несводимы к свойствам отдельно взятых атомов Н и О).

Трактовка целостности как суммы частей была закреплена в науке под влиянием успешного развития физики на базе механики. Именно здесь укрепилось представление ученых о том, что любые явления действительности представляют собой процессы, осуществляющиеся в пространстве и времени, что они причинно обусловлены и подчиняются небольшому количеству законов, на основе которых можно дать им сколь угодно точное описание. Этим стилем в ХIХ в. вдохновлялись не только физики, но и биологи, психологи, экономисты, историки. Сведение познания к изучению элементарнейших форм существования материи (как неживой, так и живой природы) носит название редукционизм. При таком подходе законы природы пытаются изучать, познавая вместо единого целого отдельные его части.

Витализм рассматривает жизнь как уникальное явление, которое нельзя объяснить только действием законов физики и химии или, точнее, физики, так как химия – лишь один из ее разделов. Живое трактуется как имеющее особый нематериальный элемент – «жизненная сила», «жизненный порыв», энтелехия. Эти «одушевляющие» начала придают организму такие качества, как память, мышление и целенаправленные действия, к появлению которых «грубая материя» и «слепые физические силы» не способны. Видимая целесообразность – способность достигать неких конечных целей – в живой природе встречается довольно часто, и не только у высших форм, напротив, ее отсутствие составляет скорее исключение. Признание «одушевляющих начал» как нематериальных, непознаваемых средствами научного наблюдения сущностей сужало возможности научного исследования живых систем. С другой стороны, безоговорочно принять тезис, что жизнь целиком основана на физических и химических процессах, тоже некорректно. Если и существует некая «живая сила», присущая только живой природе, то она по природе своей не способна нарушать основополагающие физические и химические законы. Законы физики и химии в биологических системах не нарушаются, и формула «жизнь подчиняется только законам физики» утверждает лишь только этот факт. Однако слабая сторона такой формулировки в том, что она оставляет в стороне главное и самое интересное в этой проблеме. Живое – это физическая система, но вместе с тем оно обладает также свойствами осмысленности и целенаправленности. Проблема поэтому заключается в том, чтобы выяснить, может ли физическая система обладать такими свойствами, и если может, то каким образом это достигается.

Всякие разъяснения в понятиях «целей» вместо наблюдаемых эффектов называются телеологическими (от греч. telos – конец, цель). Аристотель говорил о существовании причин нескольких типов. Если построен дом, то это произошло потому, что кому-то нужно было жилище. Это он называл конечной причиной, то есть давал телеологическое объяснение. Но тот же дом строился потому, что кто-то укладывал один кирпич на другой – это уже «действующая причина». Одно время философы, особенно средневековые схоласты, ограничивались поисками «конечных причин», выдуманных или истинных целей чего-либо, и игнорировали изучение действующих механизмов. Например, работу мышц объясняли необходимостью двигать тело. Наука начала интенсивно развиваться после того, как телеологическими объяснениями стали пренебрегать, а вместо этого заниматься изучением механизмов тех или иных явлений. Поиск действующих причин оказался столь эффективным, что представления о конечных причинах (целях) в науке совсем перестали употребляться.

Представления о пространстве формировались по мере освоения человеком жизненно необходимых территорий. Действительно, древнейшая область математики – геометрия (от греч. geometria: ge – земля и metreo – мерно) зародилась как наука о способах измерения площадей, объемов, расстояний. В первой книге «Начал» (а всего их 15) Евклид еще в III в. до н. э. предпринял попытку систематизации научных знаний по геометрии и определил те объекты, с которыми она работает:

– точка есть то, что не имеет частей;

– линия есть длина без ширины;

– прямая есть такая линия, которая одинаково расположена относительно своих частей;

– поверхность есть то, что имеет только длину и ширину;

– плоскость есть поверхность, которая одинаково расположена по отношению ко всем прямым, лежащим в этой плоскости.

Термины «не имеет частей», «ширина», «длина», «одинаково расположена» – скорее характеристики окружающего физического мира, чем строгие математические определения. Они выявляют некоторые характерные свойства реальных объектов: натянутой струны или луча света, или, например, гладкой поверхности. Наряду с приведенными определениями Евклид приводит и список геометрических постулатов, на которых в течение тысячелетий базировались представления о пространстве:

– требуется, чтобы от любой точки до любой другой точки можно было провести прямую;

– и чтобы любую (ограниченную) прямую можно было неограниченно продолжить;

– и чтобы из любого центра можно было описать окружность любого радиуса;

– и чтобы все прямые углы были равны;

– если две прямые пересечены третьей, то они пересекаются в той полуплоскости относительно секущей, где сумма односторонних внутренних углов меньше двух прямых.

Пятому постулату, объекту особо пристального и критического внимания, есть несколько эквивалентов. Один из них говорит, что сумма внутренних углов треугольника равна 180°.

В XIX в. Н. И. Лобачевский (1792–1856) и Я. Бойаи (Больяи) (1802–1860) показали, что можно построить непротиворечивую геометрию, в которой через заданную точку может проходить несколько прямых, параллельных заданной. Это была новая геометрия, построенная на постулатах, отличных от предложенных Евклидом. Именно они подготовили расширение понятий о пространстве и едином пространстве-времени в физике.

Вариант неевклидовой геометрии построил немецкий математик Б. Риман (1826–1866) – геометрия на сфере. В основе геометрии Римана лежит постулат, по которому через точку вне прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной заданной. Прямые здесь определяются как линии, проходящие через полюса сферы. В обычном понимании на поверхности сферы прямых вообще нет.

Евклидово ли пространство, в котором мы находимся? Не искривлено ли оно? Не пересекутся ли параллельные линии на бесконечности? Всегда ли сумма углов треугольника 180°? Что такое прямая в физическом мире? Как построить в действительности прямую линию? Как же все-таки определить, в каком пространстве мы живем, какой геометрией оно описывается?

Возможно, что проще всего это сделать, измерив углы большого треугольника. В геометрии Евклида сумма углов треугольника – 180°, в геометрии Римана – больше 180°, в геометрии Лобачевского – меньше 180°.

Эксперименты по измерению углов треугольника в пространстве на больших базах были проведены К. Ф. Гауссом (1777–1855). Он с помощью геодезических приборов измерял углы треугольника, построенного на вершинах гор при расстоянии между ними около 100 км. Отклонение суммы углов от 180° не было обнаружено. Лобачевский измерял углы треугольника, основание которого совпадало с диаметром земной орбиты, а вершина находилась в месте расположения яркой звезды (Сириуса). Отклонений суммы углов от 180° не было обнаружено.

Знакомство с современной концепцией «физического пространства – времени» начнем с представлений о пространстве и времени в классической механике. В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи и безотносительно к свойствам движущейся материи. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел. В механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность.

Принцип относительности в классической механике впервые был установлен Галилеем, но окончательную формулировку получил лишь в механике И. Ньютона. Исаак Ньютон дал первую математическую трактовку времени и пространства в труде «Математические начала натуральной философии», опубликованной в 1687 г. Во времена Ньютона считалось, что свойства пространства и времени абсолютны, то есть не зависят от наличия материальных тел, протекающих процессов и наблюдателей. В ньютоновской модели пространство и время были тем фоном, на котором разворачиваются события, но который события не затрагивают. Время можно было считать вечным в том смысле, что оно существовало и будет существовать всегда.

Положение движущегося тела в каждый момент времени определяется по отношению к некоторому другому телу, которое называется системой отсчета. С этим телом связана соответствующая система координат. Среди систем отсчета особо выделяют инерциальные системы, которые находятся друг относительно друга либо в покое, либо в равномерном и прямолинейном движении. Особая роль инерциальных систем заключается в том, что для них выполняется принцип относительности. Принцип относительности означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы происходят одинаковым образом.

В противоположность этому большинство людей считало, что физический мир был создан всего несколько тысяч лет назад. Это беспокоило философов: если Вселенная действительно создана, то зачем нужно было ждать целую вечность перед ее созданием? С другой стороны, если Вселенная существует вечно, то почему все, что должно произойти, еще не случилось, иначе говоря, почему история еще не закончилась? И. Кант назвал эту проблему «антиномией чистого разума», поскольку она казалась ему логическим противоречием, не имеющим решения. Но это было противоречием только в контексте ньютоновской математической модели, в которой время представляло бесконечную линию, не зависящую от того, что происходит во Вселенной.

Когда физика включила в предмет своего изучения электрические, магнитные и оптические явления, Максвелл объединил все эти явления в рамках единой электромагнитной теории. С созданием этой теории для физиков возник вопрос: выполняется ли принцип относительности и для электромагнитных явлений? Закон распространения света и принцип относительности совместимы. Это положение составляет основу специальной теории относительности (СТО).

Специальная теория относительности возникла из электродинамики, из ее теоретической части и уменьшила количество независимых гипотез, лежащих в ее основе. Однако чтобы согласоваться с постулатами специальной теории относительности, классическая механика нуждалась в некоторых изменениях. Эти изменения касаются законов движений, скорость которых сравнима со скоростью света. Когда скорость тела приближается к скорости света, масса его неограниченно растет и в пределе приближается к бесконечности. Поэтому согласно теории относительности движения со скоростью, превышающей скорость света, невозможны. Движения со скоростями, сравнимыми со скоростью света, впервые удалось наблюдать на примере электронов. Эксперименты подтвердили предсказания теории относительности об увеличении массы частиц с возрастанием скорости.

В ходе разработки специальной теории относительности А. Эйнштейн пересмотрел прежние представления классической механики о пространстве и времени. Он отказался от понятия абсолютного пространства и определения движения тела относительно этого абсолютного пространства. Каждое движение тела происходит относительно определенного тела отсчета и поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точно указанной системе отсчета или координат. Следовательно, не существует никакого абсолютного расстояния, длины или протяженности, так же как не может быть никакого абсолютного времени.

Кроме этого в теории относительности понятия пространства и времени оказались связаны в единое понятие пространственно-временнóй непрерывности, или континуума. Вместо разобщенных координат пространства (х, у, z) и времени (t) теория относительности рассматривает взаимосвязанный мир физических событий, который часто называют четырехмерным миром Германа Минковского (1864–1909), впервые предложившего такую трактовку. Новые понятия и принципы теории относительности существенно изменили общенаучные представления о пространстве, времени и движении. Специальная теория относительности имеет ограниченную область применения, ее результаты имеют силу до тех пор, пока можно пренебрегать влиянием полей тяготения на явления.

В специальной теории относительности было установлено, что всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат. Пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, поскольку совместно они определяют положение движущегося тела. Специальная теория относительности показала, что одинаковость формы законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца. При обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

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!