Концепции современного естествознания модуль 1 Естествознание: эволюция представлений
| Вид материала | Закон |
- В. М. Найдыш Концепции современного естествознания, 8133.34kb.
- Концепции Современного Естествознания, 274.86kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания Специальность, 187.08kb.
- Программа курса «Концепции современного естествознания», 168.05kb.
- Камчатский государственный технический университет, 33.59kb.
- Программа дисциплины Концепции современного естествознания Специальность/направление, 456.85kb.
- Г. И. Рузавин Концепции современного естествознания Рекомендовано Министерством общего, 3030.69kb.
- Введение Наука "Концепции современного естествознания", 48.81kb.
- Концепция современного естествознания Глава 1: Предмет естествознания, 397.47kb.
- Программа дисциплины концепции современного естествознания для студентов 3 курса очной, 191.37kb.
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
МОДУЛЬ 1
Естествознание: эволюция представлений
Основное содержание модуля посвящено изложению закономерностей развития системы естественных наук, сложившейся как результат количественного накопления и качественного изменения представлений о причинах и формах движения материи. Показано, что развитие представлений о природе излучения и вещества неоднократно сталкивалось с критическими ситуациями, выход из которых требовал кардинального видоизменения принятых моделей и приводил к становлению новых научных парадигм.
СОДЕРЖАНИЕ
БАЗОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЯ
НАУЧНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
СОДЕРЖАНИЯ МОДУЛЯ
1. Естествознание и материальный мир
1.1. Система естественно-научных знаний
1.2. Наука как феномен человеческой культуры
1.3. Естественно-научная и гуманитарная традиции понимания и объяснения мира
2. Философская база и методология естествознания
2.1. Логика науки и закономерности ее развития
2.2. Наука как процесс познания
2.3. Структура научного познания
2.4. Основные критерии научности знания
2.5. Научные революции и становление научных парадигм
2.6. Возможности и границы научного метода
3. Основные этапы развития естествознания
3.1. Зарождение науки
3.2. Античная естественно-научная картина мира
3.3. Естествознание Средневековья
3.4. Научная революция Нового времени. Механистическая картина мира
4. Концепции классического естествознания
4.1. Классическая механика. Принцип относительности
4.2. Развитие концепций пространства и времени
4.3. Пространство-время и законы сохранения
4.4. Классическая термодинамика. Понятие энтропии
4.5. Электромагнетизм. Корпускулярная и волновая традиции объяснения природы излучения
5. Концепции естествознания XX века
5.1. Концепция относительности пространства-времени
5.2. Концепция атомизма и корпускулярно-волнового дуализма материи
5.3. Развитие концепции корпускулярно-волнового дуализма
5.4. Развитие представлений о строении атомов
5.5. Концепция квантовой механики
5.6. Фундаментальные принципы квантовой механики
5.7. Строение атомного ядра
5.8. Элементарные частицы
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
БАЗОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЯ
В данном модуле рассматривается развитие представлений о структуре материального мира и закономерностях движения материи. Возникновение и становление естественно-научной методологии привело научное сообщество к пониманию общих закономерностей развития науки, которые отражаются в частных законах, устанавливаемых и обобщаемых различными естественными науками. Расширение границ познания в области мегамира и микромира, развитие концепций относительности и квантовой природы материи породило в системе классических естественно-научных представлений фундаментальные противоречия, преодоление которых на основе современных концепций выявило эволюционный характер развития как Вселенной, так и самого естествознания.
НАУЧНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
СОДЕРЖАНИЯ МОДУЛЯ
1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И МАТЕРИАЛЬНЫЙ МИР
1.1. Система естественно-научных знаний
Естествознание, как совокупность наук о природе, является одной из составляющих системы современного научного знания, включающей также комплексы технических и гуманитарных наук. Существует множество формулировок объекта исследования естествознания, в которых фигурируют такие понятия, как Вселенная, окружающий мир, природа и т. д., объединяемые философской категорией материя, которой внутренне (имманентно) присуще свойство движения.
В рамках современного научного подхода к познанию действительности, ключевыми понятиями которого являются эволюционизм, системность и информация, достаточно полной представляется следующая формулировка:
Естествознание представляет собой эволюционирующую систему упорядоченных сведений о закономерностях движения материи.
Здесь следует особо подчеркнуть, что познавательный процесс, возможный исключительно благодаря феномену человеческого разума, в первую очередь состоит именно в придании системной упорядоченности множеству поступающих из окружающего мира сведений, которые могут играть роль как сигналов, так и информационного шума. В этой связи понятие информации рассматривается ниже в более узком смысле, чем это обычно принято, а именно в смысле упорядоченных сведений о материальных объектах. Поскольку наука вообще и естествознание в частности представляют собой социальное явление, то получаемый ими продукт есть не что иное, как результат взаимодействия сознания и материи.
Объектами исследования отдельных естественных наук, совокупность которых еще в начале XX в. носила название естественной истории, со времени их зарождения и до наших дней были и остаются: материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная. Соответственно современное естествознание группирует основные естественные науки следующим образом:
– физика, химия, физическая химия;
– биология, ботаника, зоология;
– анатомия, физиология, генетика (учение о наследственности);
– геология, минералогия, палеонтология, метеорология, физическая география;
– астрономия, космология, астрофизика, астрохимия.
Конечно же, здесь перечислены лишь основные естественные науки, на самом же деле современное естествознание представляет собой сложный и разветвленный комплекс, включающий сотни научных дисциплин. Одна только физика объединяет целое семейство наук (механика, термодинамика, оптика, электродинамика и т. д.). По мере роста объема научного знания отдельные разделы наук приобрели статус научных дисциплин со своим понятийным аппаратом, специфическими методами исследования, что зачастую делает их трудно доступными для специалистов, занимающихся другими разделами той же, скажем, физики.
Подобная дифференциация в естественных науках (как, впрочем, и в науке вообще) является естественным и неизбежным следствием всё более сужающейся специализации.
Вместе с тем также естественным образом в развитии науки происходят встречные процессы, в частности складываются и оформляются естественно-научные дисциплины, как часто говорят, «на стыках» наук: химическая физика, биохимия, биофизика, биогеохимия и многие другие. В результате границы, некогда определившиеся между отдельными научными дисциплинами и их разделами, становятся весьма условными, подвижными и, можно сказать, прозрачными.
Эти процессы, приводящие, с одной стороны, к дальнейшему росту количества научных дисциплин, но с другой – к их сближению и взаимопроникновению, являются одним из свидетельств интеграции естественных наук, отражающей общую тенденцию в современной науке.
Именно здесь, пожалуй, уместно обратиться к такой занимающей, безусловно, особое место научной дисциплине, как математика, которая является инструментом исследования и универсальным языком не только естественных наук, но и многих других – тех, в которых можно усмотреть количественные закономерности.
В зависимости от методов, лежащих в основе исследований, можно говорить о естественных науках:
– описательных (исследующих фактические данные и связи между ними);
– точных (строящих математические модели для выражения установленных фактов и связей, т. е. закономерностей);
– прикладных (использующих систематику и модели описательных и точных естественных наук для освоения и преобразования природы).
Тем не менее, общим родовым признаком всех наук, изучающих природу и технику, является сознательная деятельность профессиональных работников науки, направленная на описание, объяснение и предсказание поведения исследуемых объектов и характера изучаемых явлений. Гуманитарные же науки отличаются тем, что объяснение и предсказание явлений (событий) опирается, как правило, не на объяснение, а на понимание реальности.
В этом состоит принципиальное различие между науками, имеющими объекты исследования, допускающие систематическое наблюдение, многократную опытную проверку и воспроизводимые эксперименты, и науками, изучающими по сути уникальные, неповторяющиеся ситуации, не допускающие, как правило, точного повторения опыта, проведения более одного раза какого-либо эксперимента.
Современная культура стремится преодолеть дифференциацию познания на множество самостоятельных направлений и дисциплин, в первую очередь раскол между естественными и гуманитарными науками, явно обозначившийся в конце ХIХ в. Ведь мир един во всем своем бесконечном многообразии, поэтому относительно самостоятельные области единой системы человеческого знания органически взаимосвязаны; различие здесь преходяще, единство абсолютно.
В наши дни явно наметилась интеграция естественнонаучного знания, которая проявляется во многих формах и становится наиболее выраженной тенденцией его развития. Всё в большей степени эта тенденция проявляется и во взаимодействии естественных наук с науками гуманитарными. Свидетельством этому является выдвижение на передний фронт современной науки принципов системности, самоорганизации и глобального эволюционизма, открывающих возможность объединения самых разнообразных научных знаний в цельную и последовательную систему, объединяемую общими закономерностями эволюции объектов различной природы.
Есть все основания полагать, что мы являемся свидетелями всё большего сближения и взаимной интеграции естественных и гуманитарных наук. Подтверждением тому служит широкое использование в гуманитарных исследованиях не только технических средств и информационных технологий, применяемых в естественных и технических науках, но и общенаучных методов исследования, выработанных в процессе развития естествознания.
Предметом настоящего курса являются концепции, относящиеся к формам существования и движения живой и неживой материи, в то время как законы, определяющие ход социальных явлений, являются предметом гуманитарных наук. Следует, однако, иметь в виду, что, как бы ни различались между собой естественные и гуманитарные науки, они обладают общеродовым единством, каковым является логика науки. Именно подчинение этой логике делает науку сферой человеческой деятельности, направленной на выявление и теоретическую систематизацию объективных знаний о действительности.
Естественно-научная картина мира создается и видоизменяется учеными разных национальностей, среди которых и убежденные атеисты, и верующие различных вероисповеданий и конфессий. Однако в своей профессиональной деятельности все они исходят из того, что мир материален, т. е. существует объективно вне зависимости от изучающих его людей. Заметим, однако, что сам процесс познания может оказывать влияние на изучаемые объекты материального мира и на то, как представляет их себе человек в зависимости от уровня развития средств исследования. Кроме того, каждый ученый исходит из того, что мир принципиально познаваем.
Процесс научного познания – это поиск истины. Однако абсолютная истина в науке непостижима, и с каждым шагом по пути познания она отодвигается дальше и глубже. Таким образом, на каждом этапе познания ученые устанавливают относительную истину, понимая, что на следующем этапе будет достигнуто знание более точное, в большей степени адекватное реальности. И это еще одно свидетельство того, что процесс познания объективен и неисчерпаем.
1.2. Наука как феномен человеческой культуры
В современном понимании науку принято рассматривать как одну из составляющих (наряду с искусством, моралью, правом, идеологией, религией и т. д.) духовной культуры человечества. Существует множество определений науки, суть которых сводится к тому, что наука – это система сознательной деятельности людей, направленная на получение объективных (или истинных) знаний об окружающем мире и систематизацию накопленной в процессе этой деятельности информации. Пользуясь современным языком, можно добавить, что систематизация информации в общем виде включает в себя ее получение, обработку, хранение, кодирование и передачу по каналам связи.
Существует несколько подходов к определению времени возникновения науки. Перечислим их.
♦ Наука, если таковой можно считать опыт приобретения и передачи практически полезных знаний, начала развиваться около 2 млн. лет назад, в каменном веке.
♦ Наука как доказательное и систематизированное знание, возникла в V в. до н. э. в античной Греции.
♦ Наука как совокупность экспериментально-математических методов в сочетании с обобщениями физического и математического типов возникла в ХVI–ХVII вв.
Указанные точки зрения отражают, по сути, ход эволюции науки от «зародышевого» состояния к всесторонне развитому, самостоятельному феномену духовной культуры. Справедливо будет считать, что наука как специфический вид деятельности ученых-одиночек существует с V в. до н. э., а как полноценное явление, составляющее неотъемлемую часть общественной жизни, – с ХVII в.
Общей основой возникновения и развития научного знания является изобретение человеком письменности, которое относится к эпохе неолита (конец IV – начало III тысячелетия до н. э.), когда хозяйственная жизнь перешла от стадий дикости и варварства в стадию цивилизации. Появление письменности, которую по праву следует считать одним из важнейших созданий человечества, знаменовало собой начало перехода от донаучного магического и мифологического знания к систематизации наблюдений, обобщению опыта и последовательному изучению закономерностей природы.
Человек во все времена задумывался об окружавшем его мире, его возникновении, устройстве и развитии. Первоначальные представления о природе формировались в виде мифов, которые отражали основные гипотезы своего времени. Так, древнейшие мифы о возникновении упорядоченного мира (космоса) из дезорганизованного, беспорядочного хаоса оказали серьезное влияние на воззрения античных натурфилософов, и в частности Аристотеля, о делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. В конце ХХ века наука на новом качественном уровне вернулась к проблеме возникновения порядка из хаоса.
Следует отметить, что научное знание в своем «младенческом возрасте» существовало и развивалось в неразделенном, синкретичном виде, и хотя в античный период, безусловно, наметилось выделение знаний о природе в отдельную область, по настоящему самостоятельным естествознание стало лишь во времена Галилео Галилея и Исаака Ньютона.
Именно тогда, в период становления классического естествознания, стала очевидной наивность умозрительных гипотез о «совершенном» космосе. Новый взгляд на окружающий мир стал опираться на выводы экспериментального естествознания, в частности научной астрономии. Теперь он действительно стал отражать естественно-научную картину мира.
Идея принципиального единства мира перешла на новый уровень развития и нашла свое конструктивное воплощение в концепциях глобального эволюционизма и самоорганизации материи. Эволюция Вселенной свидетельствует о наличии всеобъемлющего динамического процесса нарастания упорядоченности материи, проистекающего на всех уровнях ее подсистем. При этом в соответствии с концепцией самоорганизации механизмы перехода материальных структур в более упорядоченное состояние имеют общую основу и единый алгоритм. Следует, однако, подчеркнуть, что объективно действующая в природе общая тенденция нарастания неупорядоченности (энтропии) ограничивает протекание эволюционных процессов в пространстве и во времени. Поэтому, чем выше уровень упорядоченности, достигнутый эволюционирующей материей, тем с меньшей вероятностью осуществляется следующий эволюционный скачок.
Эти важнейшие особенности современной естественно-научной картины мира не только определяют методологию обобщения самого разнообразного научного знания в единую и последовательную систему, но и являются мощным фактором сближения естествознания и гуманитарных наук.
Из концепции глобального эволюционизма вытекает также и особенность современной научной картины мира, представляющей собой более общее понятие. Она состоит в историчности, а значит, принципиальной незавершенности любой научной картины мира. Одним из проявлений историчности является преемственность научного знания, состоящая в том, что всякая новая научная теория не отвергает полностью предшествующую, а включает ее в себя в качестве частного случая или устанавливает для нее ограниченную область применимости. Это положение, сформулированное выдющимся датским физиком Нильсом Бором, носит название принципа соответствия.
1.3. Естественно-научная и гуманитарная традиции понимания и объяснения мира
История развития духовной культуры сформировала два подхода, две традиции изучения мира. Одна из них сложилась в процессе изучения природы, вторая – в процессе исследования явлений общественной жизни. Речь, таким образом, идет о естественно-научной и гуманитарной культурах. Поскольку научные знания составляют основу двух этих культур, то уместно их взаимосвязь рассматривать в контексте общности, различий и взаимовлияния естествознания и гуманитарных наук.
Различие между естествознанием, как системой знаний о природе, и гуманитарными науками, как системой знаний о позитивно значимых ценностях общества, объективно заложено в различии объектов их исследования и отчетливо проявляется в реализации их подхода к основным функциям науки – объяснению, пониманию и предсказанию явлений и событий.
Принято считать, что отличительной особенностью естествознания является то, что оно в силу своей методологической направленности дает объяснение, которое в наиболее широком смысле можно определить как выявление соответствия фактов и процессов некоторым общим закономерностям.
Следует отметить, что объяснения, основанные на законах естествознания, обладают значительной эвристической силой, т. е. позволяют достоверно прогнозировать, предсказывать события и явления природы, что придает таким объяснениям особую научную ценность.
Итак, объяснение характерно для естественных наук, понимание – для гуманитарных, и это различие непосредственно обусловлено индивидуальной спецификой двух систем знания. Естествознание характеризуется высокой степенью объективности, является наиболее достоверной областью всего массива человеческого знания, отличается глубокой специализацией. Гуманитарное знание представляет собой систему духовных ценностей, позитивное значение которых в определенной степени зависит от субъективных факторов на уровне индивида, социальной группы, нации, государства.
Естественным продолжением объяснения и понимания в научной деятельности является предвидение, или предсказание, базирующееся на логическом выводе из общих утверждений.
В естественных науках роль таких общих утверждений играют универсальные законы природы, установленные благодаря глубокой теоретической проработке и многократной экспериментальной проверке. Поэтому предсказания здесь, как правило, однозначны и достоверны. Что же касается предсказаний в гуманитарной сфере, то они носят вероятностный характер, поскольку их базой служат полуэмпирические закономерности статистического типа, отводящие к тому же заметную роль субъективному фактору.
За естествознанием в силу ряда объективных причин, способствовавших его интенсивному развитию, включающему к тому же периоды революционных ускорений, прочно закрепилась роль пионера, лидера, являющего образцы получения наиболее достоверного знания и облечения его в ясную и стройную форму.
Безусловным и объективным достижением естественно-научной мысли является разработка научного метода, отражающего единство всей совокупности знаний об окружающем мире. В настоящее время общепризнанным является тот факт, что процесс познания в естественных, технических, гуманитарных и социальных науках происходит в целом по определенным общим принципам и правилам.
В широком понимании метод складывается как вырабатываемая практикой совокупность требований и правил соблюдения последовательности тех или иных действий в процессе деятельности. С возникновением и развитием науки как специфического вида человеческой деятельности неизбежно появилась необходимость создания и закрепления эффективных и достоверных способов (приемов) получения новых знаний. Важнейший, хотя и естественный, шаг на этом пути – создание специального учения о научном методе, называемого методологией.
2. ФИЛОСОВСКАЯ БАЗА И МЕТОДОЛОГИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
2.1. Логика науки и закономерности ее развития
Первый и, безусловно, важнейший этап в создании методологии научного познания относится к периоду, с которым можно связывать возникновение науки в античной Греции. Заслуга античных натурфилософов, в первую очередь Аристотеля, состоит в том, что благодаря пристальному вниманию к содержанию самого процесса мышления они научились доказывать посредством логического выведения нового знания из уже известного по определенным правилам.
Следует особо подчеркнуть, что второе, сопоставимое с первым по масштабу и значимости, завоевание методологии относится уже к новому времени, когда в ХVII в. стали широко применяться экспериментально-математические методы, положившие начало становлению классического естествознания.
Принципиальное значение имеет то обстоятельство, что объектом изучения теории доказательств – аристотелевой логики – явились мыслительные аналоги предметов и явлений, а именно: абстракции, понятия, числа и, наконец, законы. Знание приобрело важнейший признак научности, сформировав особую, изолированную от материального мира, сферу