Структура и предмет естествознания. Часть I. Основные категории и понятия естествознания

Вид материала

Содержание

Основные категории и понятия естествознания.
Часть ii.
Часть iii.
Сновные концепции естествознания
Модель экранированной Земли
Список литературы

Подобный материал:

Министерство образования Российской Федерации

Владивостокский государственный университет

экономики и сервиса

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Исполнитель: доцент кафедры

Физики, химии

и прикладной механики

Л.Р. Родкина

ВЛАДИВОСТОК

2005

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ

§1. Феноменология Мира.
§2. Феноменология естественного языка.
§3. Структура и предмет естествознания.

ЧАСТЬ I.
ОСНОВНЫЕ КАТЕГОРИИ И ПОНЯТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

§1. Порядок и Хаос.
§2. Структура и система.
§3. Рост структур.
§4. Энтропия и информация.
§5. Симметрия и группа.

ЧАСТЬ II.
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

Введение. Способы описания природных систем.

Глава I. МИКРОМИР

§1. Свойства микрообъектов.
§2. Мир элементарных частиц.
§3. Кварки и теория великого объединения.

Глава II. МЕГАМИР

§1. Метагалактика и общая теория относительности )ОТО).

Глава III. МАКРОМИР

§1. Солнечная система и Земля.
§2. Биолого-химическая эволюция на Земле.
§3. Экологические проблемы и сохранение жизни на Земле.

ЧАСТЬ III.
ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

§1. Логика креационизма.
§2. Логика антропной концепции.
§3. Естественнонаучная концепция.

О

СНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

§1. Логика креационизма

Информация, представленная в этом параграфе, базируется на содержании книги Дж.С.Маклина, Р.Окленда, Л.Маклина "Очевидность сотворения мира. Происхождение планеты Земля" [9].

Происхождение мира в соответствии с концепцией креационизма является актом творения его Богом и наиболее полно отражено в Библии. В Писании сказано о шести днях, в течение которых Господь сотворил небо и землю, море и все, что в них, а в день седьмой отдыхал. Таким образом, креационная модель отражает Откровение, данное человеку Богом, источником которого является Библия. Креационист - это человек, признающий, что история Земли и библейское объяснение происхождения Мира является точным и достоверным. По мнению креациониста, Писание не является единственным ключом к пониманию принципов происхождения Вселенной, так как подтверждения Слова Божьего имеют фактические подтверждения в физическом мире. В результате научных исследований накоплено огромное количество информации о Замысле, лежащем в основе существования как всей Вселенной, так и непосредственно окружающего нас мира.

Первая посылка креационной модели базируется на факте сложного строения мира природы.

Атомы устроены сложно. Структуры молекул сложные. Клетки сложны. Растительный и животный мир сложны. Сложен человек. При этом все процессы согласованы.

Вывод: это дело рук разумного Творца.

Модель экранированной Земли

Разрез экранированной Земли представлен на рисунке. Водный покров экрана, по-видимому, представлял собой плотные облака, защищающие Землю от губительной радиации коротковолнового спектра электромагнитных волн и космических частиц. Длинноволновое излучение Солнца проходило сквозь экран и рассеивалось им равномерно по всей поверхности Земли. Тепло, излучаемое с поверхности, в том числе и коротковолновое, задерживалось внутри водяной оболочки. Эти процессы создавали среду обитания с "парниковым эффектом" и стабильным субтропическим климатом. Температурные различия экваториальных и полярных областей сравнивались ветрами - движением влажного атмосферного воздуха. Книга Бытия утверждает: "Господь Бог не заставил дождь падать на землю, и не было человека, чтобы возделывать ее. Но от земли поднимался туман и увлажнял все лицо земли".

Изучение окаменелостей дает многочисленные примеры существования организмов и субтропической растительности на всех широтах. Остатки тропических лесов и мамонтов обнаружены и в России за полярным кругом. На Шпицбергене найдены окаменевшие остатки пальмовых листьев длиной порядка 3,5 м. Аляскинская тундра в слоях льда и ила содержит остатки гигантских верблюдов, львов, бизонов и других животных.

§2. Логика антропной концепции

Происхождение Мира, рассматриваемое с точки зрения представителей антропной концепции [15], не выходит за рамки естественнонаучного подхода и базируется на факте согласованности многих физических, физико-химических и биологических процессов, которые привели к появлению жизни на Земле. Рассмотрим эти факты.

1. Согласование масс элементарных частиц.

Как известно из физики элементарных частиц, массы протона

близки друг другу и отличаются на величину

= 1,3 МэВ (масса выражена в эквивалентных энергетических величинах). Масса электрона меньше, чем

, и составляет величину

= 0,51 МэВ. Если бы электронная масса была несколько больше

, то с большой вероятностью в атомах водорода, состоящих из протона и электрона, происходила бы реакция превращения протона и электрона в нейтрон и электронное нейтрино:

. Это в свою очередь разрушило бы атом водорода - "первокирпичик" периодической системы жизненно важных элементов, а во Вселенной не было бы основного "ядерного горючего" для звезд (в том числе и для Солнца).

2. Трехмерность пространства.

Расчет показывает, что во всех пространствах, кроме трехмерного, образующиеся движения со связями либо неустойчивы, либо несвободны. И то, и другое не может способствовать появлению жизни. Возможно, что существуют реально пространства с другим числом измерений, но их некому наблюдать.

3. Большие числа.

Рассматривая соотношение между кулоновским и гравитационным взаимодействием, легко обнаружить их огромную несоизмеримость:

. Это отношение вычисляется для масс и зарядов взаимодействующих электронов. Отсутствие влияния гравитации на молекулярном уровне позволяет существовать устойчивым структурам, построенным на электромагнитном типе взаимодействия, не внося диссимметрию в баланс сил притяжения и отталкивания.

Приближенно время жизни звезды можно оценить делением ее полной энергии на темп расхода энергии за счет светимости. Отнеся это время

ко времени, характерному для ядерных процессов

(например, времени распространения взаимодействия в ядре делением размеров ядра

м на

м/с), получим

.

В биологии отличаются три тесно связанные следствия эволюции:

1) постепенное усложнение и повышение организации (ароморфоз) живых существ;

2) относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды;

3) многообразие видов.

Цепи питания организмов устроены таким образом, что на вершине этого важнейшего общего биогеоценоза находятся млекопитающие (а, следовательно, и человек) (см., например, упрощенную экологическую пирамиду чисел). Правило экологической пирамиды (рисунок) демонстрирует упорядоченную систему, б

ез которой было бы невозможно существование человека прошлого.

Таким образом, Вселенная - это организм, целью существования которой является создание мыслящего существа.

Но является ли яблоко целью существования яблони?

§3. Естественнонаучная концепция.

Естественнонаучная концепция Естествознания базируется на нескольких основных феноменологических принципах, которые рассмотрим в порядке их использования при построении общей картины Мира. В качестве основного фундаментального объекта Природы примем физический вакуум как совокупность полей в низшем энергетическом состоянии. Структура вакуума (модель А.Линде) в этих условиях представляет собой отдельные области размерами, определяемыми планковской длиной

м и с плотностью

кг/м

("пространственно - временная пена").

Квантовые флуктуации плотности и размеров приводят к тому, что расширяющиеся из пены "пузыри" становятся неравноправными: в "кипящей" большой Вселенной появляется мини-Вселенная, раздувающаяся с огромной скоростью.

Далее, как мы уже обсуждали этот процесс в разделе "Мегамир", возможное нарушение симметрии процессов рождения барионов и антибарионов приводит к избытку первых и к аннигиляции остального вещества, что создает реликтовый фон с диссипацией энергии излучения, определяемой величиной энтропии

.

Картина, безусловно, непростая, но именно она объясняет акт появления нашей Вселенной естественным путем, используя два основных принципа:

1. Принцип неопределенности (наличие квантовых флуктуаций параметров и свойств).

2. Принцип нарушения симметрии (движущая сила, создающая градиенты).

В первом принципе речь идет об обязательности существования флуктуаций на любом структурном уровне. Любая измеряемая природная величина не бывает абсолютно точной, она представляет собой распределение. Поэтому случайность присуща всем процессам природы. Понятие хаоса первично, фундаментально и в наблюдаемом, а не только в виртуальном мире.

Второй принцип, образно говоря, считается "источником закономерности" в природе. Принцип Кюри-Неймана, утверждающий о диссимметрии как о причине явлений, есть частный случай нарушения симметрии: при наложении симметрии объекта и симметрии воздействия на него, общая симметрия системы изменяется, но при этом возникают специфические явления (турбулентности, фазовые переходы, пьезоэлектричество, магнитодинамический эффект и др.).

Совместное действие нескольких "причин" порождает новое свойство при определенных условиях. Могут образовываться структуры, в том числе и динамические (автоволны). Поэтому можно говорить о третьем принципе естествознания - принципе самоорганизации, являющемся логическим продолжением двух первых принципов.

3. Принцип самоорганизации.

Важность создания градиентов, нарушающих равновесные состояния систем, было в полной мере осознано в термодинамике при анализе Онзагером кинетических уравнений переноса в условиях наложения различных потоков и сил, действующих совместно в термодинамической системе и влияющих друг на друга (см. приложение, П.11 в учебнике [1]), что приводит к самоорганизации, т.е. рождению структур из хаоса [11] вдали от равновесия.

Рассмотрим примеры самоорганизующихся систем.

1. Ячейки Бенара (реальный эксперимент в реальном времени);
2.Конвективные ячейки на Солнце (фотография);
3.Химический маятник Белоусова-Жаботинского, Метиленовая синь Химический маятник Белоусова-Жаботинского, "Метиленовая синь”» (автоволны и катализаторы);
4.Маятник Пеннера и автофазировка Векслера
(режим "с обострением");
5.Математические модели открытых систем.
(модификации модели Лотки-Вольтерра).

Представленный анализ является общим для большого числа объектов природы микро-, макро- и мегамира, для экономических, социальных, лингвистических информационных систем и подтверждает основные выводы теории самоорганизации, определяющие естественные условия образования структур и их поведение:

1. Условия тесноты, неустойчивость.

2. Открытость системы.

3. Нелинейность свойств (неравновесность).

4. Конкуренция мод (состояний).

5. Понижение энтропии (получение информации).

Базовые понятия науки и искусства совпадают: это развитие, определяемое нарушением симметрии, это моделирование образов, использование элементов игры и многое другое. Существуют художественные произведения, которые можно назвать художественно-научными ("мозаики Кеплера", рисунки Эшера). И искусство, и наука рецептируют, хранят и передают информацию. Отличаются языки науки и искусства, но это отличие не принципиальное. Параметры состояния человека неоднородны. Условно их можно разделить на нравственные, психологические, физиологические, интеллектуальные, эстетические и т.п. Душа человека (по Платону) по-видимому, разговаривает сама с собой на всех этих диалектах, формируя "параллельный мир" культуры.

Резюмируя сказанное, можно вначале расширить понятие материи, считая ее не только категорией для обозначения объективности реальности, данной нам в ощущениях (или экспериментально наблюдаемой), но и познаваемой. Имея в виду математизацию всех разделов естествознания, можно утверждать единство Природы и Человека. Тогда последующие два феноменологических принципа в Естествознании следует назвать Принципом единства и Принципом познаваемости, где под Принципом единства будем понимать возможность единого описания процессов как на наблюдаемых структурных уровнях, так и на ненаблюдаемых "виртуальных", а под Принципом познаваемости - возможность освобождения теории от эмпирической зависимости. Так как это освобождение не может и не должно быть полным, то необходимо сохранить в Естествознании Принцип соответствия, как принцип преемственности теорий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рау В.Г. естествознание и его концепции. Общее - М.: Высшая Школа.,2003.
2. Чернавский Д.С. Синергетика и информация. М.: Знание, 1990. - 48с.
3. Павленко А.Н. Европейская космология: основания эпистемологического поворота. М.: Интрада, 1997, 256с.
4. Шубников А.В., Копцик В.А. Симметрия в науке и искусстве. М.: Наука, 1972. 340с.
5. Озима М. Глобальная эволюция Земли. М.: Мир, 1990. 250с.
6. Зуссман М. Биология развития. М.: Мир, 1977. 312с.
7. Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М.: Мир, 1973. 216с.
8. Угроза с неба: рок или случайность? (под ред. А.А.Боярчука). М.:Косминформ. 1999, -220с.
9. Маклин Г., Окленд Р., Маклин Л. Очевидность сотворения мира. М.: Протестант, 1991. 160с.
10. Библия. Ветхий и новый Завет.
11. Пригожин И. Конец неопределенности - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика" - 2000, 208с.
12. Беспалов Г.Н. Прибор для моделирования некоторых молекулярных явлений. Физика в школе, 1988, №5
13. Дж. А. Кемпбел Почему происходят химические реакции? М.: Мир, 1967 158с.
14. Лукреций О природе вещей М.: Наука, 1977 360с.
15. П. Девис Случайная вселенная М.: Мир 1985 160с.
16. А.В. Клименко Основы естественного интеллекта Ростов на Дону: Изд. Рост. ун-та 1994. 304с.

Blog

Структура и предмет естествознания. Часть I. Основные категории и понятия естествознания

Содержание