Современная естественнонаучная картина мира (работа 1)

Рязанская Государственная Радиотехническая Академия

Кафедра Общей и Экспериментальной физики

Дисциплина синергетика

Реферат на тему:

«Современная естественнонаучная картина мира»

Выполнила: ст. гр. 070

Болтукова А.А.

Проверила:

Русакова Ж.П.

Рязань, 2003г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………….………….3

1. Естественнонаучное миропонимание………………….………….4

2. Строение вещества, энергия……………………….………………6

Теория относительности…..………………………………………8

4. Учение о самоорганизации……………………………..…………10

5. Революция в естествознании…………………………...………...13

Заключение……………………………………………………………….16

Список литературы……….………………………...……………………18

В В Е Д Е Н И Е

Познание единичных вещей и процессов невозможно без одновременного познания всеобщего, а последнее в свою очередь познается только через первое. Сегодня это должно быть ясно каждому образованному уму. Точно также и целое постижимо лишь в органическом единстве с его частями, а часть может быть понята лишь в рамках целого. И любой открытый нами "частный" закон - если он действительно закон, а не эмпирическое правило - есть конкретное проявление всеобщности. Нет такой науки, предметом которой было бы исключительно всеобщее без познания единичного, как невозможна и наука, ограничивающая себя лишь познанием особенного.

Всеобщая связь явлений - наиболее общая закономерность существования мира, представляющая собой результат и проявление универсального взаимодействия всех предметов и явлений и воплощающаяся в качестве научного отражения в единстве и взаимосвязи наук. Она выражает внутреннее единство всех элементов структуры и свойств любой целостной системы, а также бесконечное разнообразие отношений данной системы с другими окружающими ее системами или явлениями. Без понимания принципа всеобщей связи не может быть истинного знания. Осознание универсальной идеи единства всего живого со всем мирозданием входит в науку, хотя уже более полувека назад в своих лекциях, читанных в Сорбонне, В.И.Вернадский отмечал, что ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не находится, но неразрывно связан с материальноэнергетической средой. "В нашем столетии биосфера получает совершенно новое понимание. Она выявляется как планетное явление космического характера".

1. Естественнонаучное миропонимание

Естественнонаучное миропонимание (ЕНМП) - система знаний о природе, образующаяся в сознании учащихся в процессе изучения естественнонаучных предметов, и мыслительная деятельность по созданию этой системы.

Понятие "картина мира" является одним из фундаментальных понятий философии и естествознания и выражает общие научные представления об окружающей действительности в их целостности. Понятие "картина мира" отражает мир в целом как единую систему, то есть "связное целое", познание которого предполагает "познание всей природы и истории..." (Маркс К., Энгельс Ф., собр. соч., 2-е изд. том 20, с.630).

В основе построения научной картины мира лежит принцип единства природы и принцип единства знания. Общий смысл последнего заключается в том, что знание не только бесконечно многообразно, но оно вместе с тем обладает чертами общности и целостности. Если принцип единства природы выступает в качестве общей философской основы построения картины мира, то принцип единства знаний, реализованный в системности представлений о мире, является методологическим инструментом, способом выражения целостности природы.

Система знаний в научной картине мира не строится как система равноправных партнеров. В результате неравномерного развития отдельных отраслей знания одна из них всегда выдвигается в качестве ведущей, стимулирующей развитие других. В классической научной картине мира такой ведущей дисциплиной являлась физика с ее совершенным теоретическим аппаратом, математической насыщенностью, четкостью принципов и научной строгостью представлений. Эти обстоятельства сделали ее лидером классического естествознания, а методология сведения придала всей научной картине мира явственную физическую окраску. Однако острота этих проблем несколько сгладилась в связи с глубоким органическим взаимодействием методов этих наук и пониманию соотнесённости установления того или иного их соотношения.

В соответствии с современным процессом "гуманизации" биологии возрастает ее роль в формировании научной картины мира. Обнаруживаются две "горячие точки" в ее развитии: стык биологии и наук о неживой природе и стык биологии и общественных наук.

Представляется, что с решением вопроса о соотношении социального и биологического научная картина мира отразит мир в виде целостной системы знаний о неживой природе, живой природе и мире социальных отношений. Если речь идет о ЕНКМ, то должны иметься в виду наиболее общие закономерности природы, объясняющие отдельные явления и частные законы.

ЕНКМ - это интегрированный образ природы, созданный путем синтеза естественнонаучных знаний на основе системы фундаментальных закономерностей природы и включающий представления о материи и движении, взаимодействиях, пространстве и времени.

2. Строение вещества, энергия

В конце прошлого и начале нынешнего века в есте­ствознании были сделаны крупнейшие открытия, кото­рые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми части­цами материи, своеобразными кирпичиками, из кото­рых состоит природа, считались атомы, то в конце про­шлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер ато­мов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

Согласно первой модели атома, построенной англий­ским ученым Эрнестом Резерфордом (1871—1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и для их разрушения требу­ются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована вы­дающимся датским физиком Нильсом Бором (1885—1962), который предположил, что при вращении по так назы­ваемым стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельны­ми квантами. Об этом свидетельствует, например, явле­ние фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как извест­но, используется в фотоэкспонометрах, которыми поль­зуются в фотографии для определения выдержки при экспозиции.

В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между ве­ществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы веще­ства обнаруживают волновые свойства, а частицы поля — свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы — представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материаль­ных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля— волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волно­вых свойств совершенно исключалось. Но под давлени­ем неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн.

В 1925—1927 г. для объяснения процессов, происхо­дящих в мире мельчайших частиц материи — микроми­ре, была создана новая волновая, или квантовая механи­ка. Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория эле­ментарных частиц и другие, которые исследуют законо­мерности движения микромира.

3. Теория относительности

Другая фундаментальная теория современной физики — теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной тео­рии относительности получил дальнейшее применение уста­новленный еще Галилеем принцип относительности в меха­ническом движении. Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах, т.е. системах отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все механические процессы происходят одинаковым образом, и поэтому их законы имеют ковариантную, или ту же самую математическую форму. Наблюдатели в таких системах не заметят никакой разницы в протекании механических явле­ний. В дальнейшем принцип относительности был использо­ван и для описания электромагнитных процессов. Точнее го­воря, сама специальная теория относительности появилась в связи с преодолением трудностей, возникших в этой теории.

Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что она впервые ясно показала, что все движения, проис­ходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолют­ной системы отсчета и, следовательно, абсолютного дви­жения, которые допускала ньютоновская механика.

Еще более радикальные изменения в учении о про­странстве и времени произошли в связи с созданием об­щей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движу­щихся материальных тел и их пространственно-времен­ной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспе­риментально подтверждены во время наблюдения сол­нечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Нужно отметить, что об­щая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготею­щих масс и структурой физического пространства — вре­мени.

4. Учение о самоорганизации

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления о естественнонаучной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взгля­нуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаи­модействующих друг с другом систем. С другой сторо­ны, появление такого междисциплинарного направле­ния исследований, как синергетика, или учение о само­организации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики состоит прежде всего в том, что она впер­вые показала, что процессы самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Так, уже на предбиологическом уровне возникают автопоэтические процес­сы, т.е. процессы самообновления, которые в живых системах выступают в виде взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции. Главное достижение си­нергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в про­цессе непрестанной эволюции и развития.

В каком отношении синергетический подход нахо­дится к общесистемному?

Прежде всего подчеркнем, что два этих подхода не исключают, а наоборот, предполагают и дополняют друг друга. Действительно, когда рассматривают множество каких-либо объектов как систему, то обращают внима­ние на их взаимосвязь, взаимодействие и целостность.

Синергетический подход ориентируется на исследо­вание процессов изменения и развития систем. Он изу­чает процессы возникновения и формирования новых систем в процессе самоорганизации. Чем сложнее про­текают эти процессы в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. Таким образом, эволюция систем напрямую связана с механизмами самоорганизации. Исследование конкрет­ных механизмов самоорганизации и основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синерге­тика же выявляет и формулирует общие принципы самоорга­низации любых систем и в этом отношении она анало­гична системному методу, который рассматривает об­щие принципы функционирования, развития и строе­ния любых систем. В целом же системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассмат­ривает также системы статические.

Эти новые мировоззренческие подходы к исследова­нию естественнонаучной картины мира оказали значи­тельное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понима­ние природы научных революций в естествознании. А ведь именно с революционными преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине природы.

В наибольшей мере изменения в характере конкрет­ного познания коснулись наук, изучающих живую при­роду. Переход от клеточного уровня исследования к мо­лекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию жи­вых организмов, уточнением старых и появлением но­вых гипотез происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодейст­вия различных естественных наук, широкого использо­вания в биологии точных методов физики, химии, ин­форматики и вычислительной техники.

В свою очередь живые системы послужили для хи­мии той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений. По-видимому, в не меньшей сте­пени учения и принципы биологии оказали свое воз­действие на физику. Действительно, представление о закрытых систе­мах и их эволюции в сторону беспорядка и разрушения находилось в явном противоречии с эволюционной тео­рией Дарвина, которая доказывала, что в живой приро­де происходят возникновение новых видов растений и животных, их совершенствование и адаптация к окру­жающей среде. Это противоречие было разрешено бла­годаря возникновению неравновесной термодинамики, опирающейся на новые фундаментальные понятия открытых систем и принцип необратимости.

5. Революция в естествознании

Выдвижение на передний край естествознания био­логических проблем, а также особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене лидера современного естествознания. Если раньше та­ким бесспорным лидером считалась физика, то теперь в таком качестве все больше выступает биология. Основой устройства окружающего мира теперь признается не ме­ханизм и машина, а живой организм. Однако многочис­ленные противники такого взгляда не без основания заявляют, что поскольку живой организм состоит из тех же молекул, атомов, элементарных частиц и кварков, то по-прежнему лидером естествознания должна оставаться физика.

По-видимому, вопрос о лидерстве в естествознании зависит от множества разнообразных факторов, среди которых решающую роль играют значение лидирующей науки для общества, точность, разработанность и общ­ность методов ее исследования, возможность их приме­нения в других науках. Несомненно, однако, что самыми впечатляющими для современников являются наиболее крупные открытия, сделанные в лидирующей науке, и перспективы ее дальнейшего развития. С этой точки зрения биология второй половины XX столетия может рассматриваться как лидер современного естест­вознания, ибо именно в ее рамках были сделаны наибо­лее революционные открытия.

Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от наивных и предвзятых представлений о них, как процессах, связанных с лик­видацией прежнего знания, с отказом от преемственно­сти в развитии науки и, прежде всего, ранее накоплен­ного и проверенного эмпирического материала. Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и тео­рий, которые оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и результаты экспе­риментов.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концепту­альном содержании его теорий, учений и научных дис­циплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т.е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стре­мятся объяснить с помощью гипотез и теорий. Среди них в каждый определенный период выдвигается наибо­лее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов из­вестных и предсказания фактов неизвестных. Такой па­радигмой в свое время служила теория движения зем­ных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследовате­ли, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Мак­свелл.

Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922—1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность - смену прежней парадигмы новой, переход к более об­щей и глубокой теории исследуемых процессов. Однако он оставил без объяснения и анализа вопрос о формировании самой парадигмы. По его мнению, развитие науки можно разделить на два этапа:

• нормальный, когда ученые заняты применением пара­дигмы к решению конкретных проблем частного, специального характера (так называемых головоломок)

• экстраординарный, связанный с поиском новой пара­дигмы. При таком подходе новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и поэтому ее возникновение остается необъясненной. В действитель­ности же, как видно из примеров аномальных фактов, т.е. фактов, противоречащих парадигме, процесс анализа, кри­тического осмысления и оценки существующей парадигмы происходит уже на стадии нормальной науки.

Поэтому рез­кое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов развития науки — совершенно необоснованно, и оно встретило убедительную критику со стороны многих видных ученых.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Один из старинных девизов гласит: “знание есть сила” Наука делает человека могущественным перед силами природы. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

В современном мире наука вызывает у людей не только восхищение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения атмосферы, катастрофы на атомных станциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, “озонная дыра” над планетой, резкое сокращение видов растений и животных – все эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

Наука - это социальный институт, и он теснейшим образом связан с развитием всего общества. Сложность, противоречивость современной ситуации в том, что наука, безусловно, причастна к порождению глобальных, и, прежде всего, экологических, проблем цивилизации (не сама по себе, а как зависимая от других структур часть общества); и в то же время без науки, без дальнейшего ее развития решение всех этих проблем в принципе невозможно. И это значит, что роль науки в истории человечества постоянно возрастает. И потому всякое умаление роли науки, естествознания в настоящее время чрезвычайно опасно, оно обезоруживает человечество перед нарастанием глобальных проблем современности. А такое умаление, к сожалению, имеет подчас место, оно представлено определенными умонастроениями, тенденциями в системе духовной культуры. О некоторых из них надо сказать особо.

Список литературы

Т.Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания». Издательство «ЮКЕА», Новосибирск, 1997.

Пуанкаре А. О науке. М., 1999.

Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М., 2000.

Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М. 1997.

Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. М.: МГУК, 2000 г.

Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург, Питер, 1999 г.