Основные концепции современного естествознания

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный университет технологии

и дизайна»

 

ИНСТИТУТ  БИЗНЕС-КОММУНИКАЦИЙ

 

 

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

 

 

 

Реферат студентки III курса группы 3-сд-7

Никоноровой Ирины Сергеевны

 

ТЕМА:

ОСНОВНЫЕ  КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

                                                                                

                      Руководитель – 

Пастухов А.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

Введение

Естествознание – это система  представлений и понятий о  явлениях, естественно существующих в реальном мире. Слово естествознание заимствовано из старославянского языка. Оно представляет собой сочетание  слов естество (сущность, бытие) и знание. То есть, естествознание – познание сущности, бытия, учение о бытии.

Основная функция естествознания – выработка и теоретическая  систематизация объективных знаний о действительности. Цели естествознания – описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, на основе открываемых наукой законов.

В наше время система наук делится  на естественные, общественные, гуманитарные и технические науки.

Зародившись в древнем  мире, в античные времена, в основном в Западной Европе, в странах Средиземноморья, наука, как отрасль культуры и  духовности, начала складываться с XVI-XVII веков (с наступлением Нового времени). В ходе исторического развития наука  превратилась в важнейший социальный институт, оказывающий значительное, иногда решающее, влияние на все  сферы жизни общества и культуры в целом. Ход исторического развития науки позволяет констатировать, что объем научного знания и научной  деятельности удваивается с XVII до середины XX века каждые 10-15 лет, а последние 50 лет за каждые 7-8 лет (рост открытий, научной информации, числа научных  работников и т. д.). За эти последние  четыре столетия неоднократно изменялась ее структура, принципы познания, категории  и методы, а также форма организации  науки, формировалась ее философия.¹

Фундаментальными сферами  естественных наук являются материя, жизнь, Земля и планеты, человек, Вселенная  итп. Существует обобщенная классификация  естественных наук:

   1) физика, химия, физическая  химия, химическая физика;

   2) биология, биохимия, физико-химическая биология, ботаника, зоология;

   3) анатомия, физиология, учение о происхождении и развитии  жизни, генетика (учение о наследственности), антропология;

   4) геология, геохимия, метеорология, физическая география;

   5) астрономия, астрофизика,  астрохимия, космология, космогония.

Математика занимает отдельное  место и не относится к естественным наукам. Естествознание – это отрасли  наук, основанные на воспроизводимой  эмпирической проверке гипотез и  создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления, которые воспринимаются нашими органами чувств и описываются рационально.

Опыт является в естествознании критерием истины. Основные концепции  естествознания, при развитии которых  создается наиболее полное представление  о сущности предмета, были сформулированы в разные эпохи. В данной работе анализируя эпохи развития науки, мы выделим  наиболее полные из них.

 

Концепции классической науки.

Механическая, физическая картина мира.

В основе механической физической картины мира лежит гипотеза о существовании  атомов, а также принцип детерминизма. Исходным физическим понятием в этой картине мира является вещество, локализованное в пространстве и состоящее из атомов. Механическая (механистическая, машинная) картина мира — это  система взглядов, согласно которой  мир, Вселенная, является высокоточной, отлаженной системой машин, действующей  по законам механического движения.2

В данной концепции используются понятия  пространства и времени. Пространство – форма сосуществования объектов и событий материального мира. Время – форма последовательной смены событий и процессов  в материальном мире.

Понятие «научная картина мира» появилось  в естествознании и философии  в конце 19 века. Особенности различных  картин мира выражаются в присущих им парадигмах. Парадигма – совокупность определенных стереотипов в понимании  объективных процессов, а также  способов их познания и интерпретации.

Таким образом, можно дать следующее определение  НКМ.

НКМ – это  особая форма систематизации знаний, преимущественно качественное обобщение мировоззренческо-методологический синтез различных научных теорий.

Первая научная  физическая теория была создана в XVII в. В ее создании участвовало много  великих умов человечества, однако ее создателями считаются Галилей  и Ньютон. Созданная ими физическая теория называется механикой Галилея  — Ньютона. Дальнейшее развитие этой механики называется классической механикой.

Механика  Галилея - Ньютона рассматривала  законы движения вещества, материальных тел, имеющих массу. В этой механике время и пространство заданы как  бы от Бога и не имеют физического  содержания, т. е. временной ритм и  пространство являются абсолютными  условиями существования физических тел. Физического воздействия на тела они не оказывают.  Принцип  детерминизма всей классической механики исключает возможность событий  случайного физического характера. Случайность события связывается  с недостаточным знанием о  нем. Физические события в закрытых механических системах являются обратимыми, поскольку время имеет математический, а не физический смысл. В закрытых механических системах действуют физические законы сохранения (импульса, энергии, массы и т. п.), т. е. однажды качнувшийся  маятник Фуко будет в замкнутой  системе качаться вечно, точно повторяя траекторию своего движения слева направо.  Для объяснения причинно-следственных связей в мире классическая механика косвенно использует понятие времени: следствие не может предшествовать причине, причина и следствие  не могут быть одновременными, отдаленная причина определяется через последовательность событий во времени.

 

Электромагнитная  картина мира.

 Электрические и магнитные силы относятся к естественным наблюдаемым явлениям. Термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «elektron» — янтарь. Физическое поле является основным понятием электромагнитной картины мира.  Вещество - дискретно, физическое поле - непрерывно в каждой точке своего распространения. Электромагнитные силы - это силы близкодействия, поэтому гравитационные силы рассматривались в электромагнитной картине мира как силы близкодействия, действующие в гравитационном поле. Установленное различие в физической природе электромагнитных и гравитационных сил стимулировало интерес ученых к осмыслению понятия физического поля как проявление некой более универсальной физической силы, энергии. Эта идея получила свое развитие в классической термодинамике.

 

Классические  концепции энергии и времени.

Энергия является основным понятием теории, созданной  в 60-х годах XIX в. Термодинамическая  система - система живых или неживых  тел, частиц или молекул, состояние  которой определяется значением  ее термодинамических параметров. Данное понятие было открыто в 1827 г. английским учителем ботаники Р. Броуном (1773—1853). Термин «энергия» в буквальном переводе с древнегреческого языка означает деятельный. Считается, что в язык науки он введен англичанином Я. Юнгом (1733—1829), одним из основоположников волновой теории света, автором гипотезы о поперечности световых волн и формулировки принципа интерференции. Тепло и  работа в этой теории понимается как  формы передачи и обмена энергией, а не самой энергией: тепло —  хаотическое движение элементов  термодинамической системы, работа — направленный процесс упорядочения элементов системы.

Классическая  термодинамика сформулировала два  основных закона. Первый закон. Закон  сохранения энергии. Два исследователя, Ю. Майер и Дж. Джоуль. Поступающая  в термодинамическую систему  энергия в форме тепла должна быть равна сумме приращений внутренней энергии системы и работы, совершаемой  системой против действия внешних сил. Этот закон раскрывает функциональный смысл понятия энергии термодинамической системы. Второй закон был сформулирован Клаузиусом: «Теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому телу». В формулировке У. Кельвина: невозможно создать периодически действующую машину, единственным результатом которой было бы поднятие груза за счет охлаждения теплового резервуара.

Для уточнения  физического содержания второго  закона термодинамики Клаузиус ввел понятие энтропии. Энтропия означает в переводе с латинского языка  поворот, превращение. Энтропия выражала у Клаузиуса меру неупорядоченности  изолированной термодинамической  системы, т. е. переход подобной системы  со временем к состоянию хаотического движения составляющих ее элементов. Немецкий физик Вальтер Нернст (1864—1941) сформулировал в 1906 г. теорему, которая получила название третьего закона термодинамики. При стремлении температуры к абсолютному нулю все изменения состояния термодинамической системы не изменяют ее энтропию.

 В этой  теории делается попытка придать  физический смысл понятию времени  на основе понятия энтропии.  Данная теория основывается на  принципе классического детерминизма. В ней вероятностная форма  предсказания поведения элементов  термодинамической системы объясняется  большим их числом, а не свойственным  им физическим качеством.  Эта  теория является феноменологической, в ней не учитывается строение  элементов термодинамических систем. Данная теория сыграла значительную  роль в изучении процессов  энергообмена в живых системах. Космологические следствия этой  теории убеждали ученых в необходимости  изучения атомов, из которых состоит  вещество.

 

Концепции неклассической науки.

 

Теория  относительности.

Геометрическая  трактовка силы тяготения - основная идея ОТО. В ней каждой точке искривленного  пространства соответствует сила тяготения  определенной величины и обратно каждой величине силы тяготения соответствует величина кривизны пространства. Анализ уравнений тяготения Эйнштейна оказал огромное влияние на развитие современной космологии. ОТО не объясняет причины возникновения гравитации, но дает эффективный метод анализа этого явления. В теории Ньютона, с одной стороны, пространство и время, с другой - вещество, материя как единственная физическая реальность. В теории Эйнштейна вещество, физическое поле, энергия, материя, пространство и время являются целостной, единой физической реальностью. Отказ Эйнштейна от понятия эфира остро обсуждается некоторыми современными авторами в связи с разработкой концепций происхождения Вселенной.

 

Современное естествознание о физической реальности и силах взаимодействия в природе.

Квантовая механика не отрицает наличия в мире детерминированных и обратимых  событий, поскольку уравнение Шредингера позволяет вычислить вероятность  определенного значения физической величины и среднее значение физических величин. В решении проблемы классификации  частиц используются две известные  статистики (Ферми -Дирака и Бозе - Эйнштейна). В первой - фермионы представляют частицы  вещества с полуцелым спином, во второй - бозоны представляют кванты полей  и имеют целочисленное значение спина.  Кварки наряду с электрическим  зарядом имеют цветовой заряд. Это  способность кварков участвовать  в образовании частиц сильного физического  взаимодействия (смешение цветов кварков  делает образованные из них частицы  обычными, бесцветными).  Не ясно, сколько  существует поколений частиц (например, к первому поколению иногда относят  электрон, электронное нейтрино и  два кварка (верхний и нижний)).

 

Современные концепции происхождения вселенной.

Первыми релятивистскими моделями в космологии являются модели А. Фридмана, которые  привели к созданию модели «Космологического  Большого взрыва».  Исследования Э. Хаббла галактик открыли явление  «разбегания галактик». Оно стало рассматриваться как подтверждение релятивистских моделей о неустойчивости плотности энергии-материи во Вселенной, т. е. возможности ее сжатия и расширения.

Открытие  реликтового (фонового) излучения существенно  утвердило позиции модели «Большого  взрыва» или «Великого космологического треска». Это излучение свидетельствует  о существовании во Вселенной  в далеком прошлом некоего  сверхгорячего и сверхплотного  состояния в чрезвычайно малом  объеме. Модели «Инфляционной Вселенной» ввели особую стадию в эволюцию Вселенной, назвав ее инфляционной, которая ведет  к существенному увеличению объема Вселенной за относительно короткое время. Расширение и разогревание идет из однородной конфигурации инфлатонного поля без образования черных дыр. 

Модель «Самосогласованной космологии» объясняет высокую  температуру реликтового излучения  существованием черных мини-дыр в  квантовом вакууме, распад которых  ведет к необратимому процессу рождения частиц с положительной и отрицательной  энергией. Последующий этап превращения  частиц с положительной и отрицательной  энергией ведет к асимметрии в  пользу частиц с положительной энергией. В результате получается модель «Открытой  Вселенной», в которой преобладают  обычные частицы, а не их античастицы. Из квантовой теории следует существование  антивещества, состоящего из античастиц протонов, нейтронов и позитронов. В связи с этим возникает вопрос, почему наш мир состоит из вещества. Интерес к этому вопросу стал актуальным с развитием современной  космологии, созданием моделей эволюции Вселенной.