Реферат: Современная естественнонаучная картина мира
Рязанская Государственная Радиотехническая Академия
Кафедра Общей и Экспериментальной физикиДисциплина синергетика
Реферат на тему: лСовременная естественнонаучная картина мираВыполнила: ст. гр. 070
Болтукова А.А.Проверила:
Русакова Ж.П. Рязань, 2003г. СОДЕРЖАНИЕ Введение...........................3 1. Естественнонаучное миропонимание.............4 2. Строение вещества, энергия................6 3. 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 естенствознании были сделаны крупнейшие открытия, котонрые 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 частинцами материи, своеобразными кирпичиками, из котонрых состоит природа, считались атомы, то в конце проншлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атонмов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц). Согласно первой модели атома, построенной английнским ученым Эрнестом Резерфордом (1871Ч1937), 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 требунются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована вындающимся датским физиком Нильсом Бором (1885Ч1962), который предположил, что при вращении по так назынваемым 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 отдельнынми квантами. Об этом свидетельствует, например, явленние фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как известнно, используется в фотоэкспонометрах, которыми польнзуются 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 венществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещенства обнаруживают волновые свойства, а частицы поля Ч свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы Ч представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальнных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поляЧ волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волнонвых свойств совершенно исключалось. Но под давленинем неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн. В 1925Ч1927 г. для объяснения процессов, происхондящих в мире мельчайших частиц материи Ч микроминре, была создана новая волновая, или квантовая механинка. Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория эленментарных частиц и другие, которые исследуют закононмерности движения микромира. 3. Теория относительности Другая фундаментальная теория современной физики Ч теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной теонрии относительности получил дальнейшее применение устанновленный еще Галилеем принцип относительности в механническом 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 явленний. В дальнейшем принцип относительности был использонван и для описания электромагнитных процессов. Точнее гонворя, 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, происнходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютнной системы отсчета и, следовательно, абсолютного двинжения, которые допускала ньютоновская механика. Еще более радикальные изменения в учении о пронстранстве и времени произошли в связи с созданием обнщей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движунщихся материальных тел и их пространственно-временнной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспенриментально подтверждены во время наблюдения солннечного 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 обнщая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеюнщих масс и структурой физического пространства Ч вренмени. 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 взгляннуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаинмодействующих друг с другом систем. С другой сторонны, появление такого междисциплинарного направленния исследований, как синергетика, или учение о самонорганизации, 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 впернвые 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 процеснсы, т.е. процессы самообновления, которые в живых системах выступают в виде взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции. Главное достижение синнергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в пронцессе непрестанной эволюции и развития. В каком отношении синергетический подход нахондится 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 вниманние на их взаимосвязь, взаимодействие и целостность. Синергетический подход ориентируется на исследонвание процессов изменения и развития систем. Он изунчает процессы возникновения и формирования новых систем в процессе самоорганизации. Чем сложнее пронтекают эти процессы в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. Таким образом, эволюция систем напрямую связана с механизмами самоорганизации. Исследование конкретнных механизмов самоорганизации и основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синергентика же выявляет и формулирует общие принципы самоорганнизации любых систем и в этом отношении она аналонгична системному методу, который рассматривает обнщие принципы функционирования, развития и строенния любых систем. В целом же системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматнривает также системы статические. Эти новые мировоззренческие подходы к исследованнию естественнонаучной картины мира оказали значинтельное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на пониманние 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 конкретнного познания коснулись наук, изучающих живую принроду. Переход от клеточного уровня исследования к монлекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию жинвых организмов, уточнением старых и появлением нонвых гипотез происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодейстнвия различных естественных наук, широкого использонвания в биологии точных методов физики, химии, иннформатики и вычислительной техники. В свою очередь живые системы послужили для хинмии той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений. По-видимому, в не меньшей стенпени учения и принципы биологии оказали свое возндействие на физику. Действительно, представление о закрытых систенмах и их эволюции в сторону беспорядка и разрушения находилось в явном противоречии с эволюционной теонрией Дарвина, которая доказывала, что в живой приронде происходят возникновение новых видов растений и животных, их совершенствование и адаптация к окрунжающей среде. Это противоречие было разрешено блангодаря возникновению неравновесной термодинамики, опирающейся на новые фундаментальные понятия открытых систем и принцип необратимости. 5. Революция в естествознании Выдвижение на передний край естествознания бионлогических проблем, а также особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене лидера современного естествознания. Если раньше танким бесспорным лидером считалась физика, то теперь в таком качестве все больше выступает биология. Основой устройства окружающего мира теперь признается не менханизм и машина, а живой организм. Однако многочиснленные 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 общнность методов ее исследования, возможность их применнения 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 естестнвознания, ибо именно в ее рамках были сделаны наибонлее революционные открытия. Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от наивных и предвзятых представлений о них, как процессах, связанных с ликнвидацией прежнего знания, с отказом от преемственнонсти в развитии науки и, прежде всего, ранее накопленнного и проверенного эмпирического материала. Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и теонрий, которые оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и результаты экспенриментов. Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептунальном содержании его теорий, учений и научных диснциплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т.е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стренмятся объяснить с помощью гипотез и теорий. Среди них в каждый определенный период выдвигается наибонлее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов изнвестных и предсказания фактов неизвестных. Такой панрадигмой в свое время служила теория движения земнных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследоватенли, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Макнсвелл. Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922Ч1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность - смену прежней парадигмы новой, переход к более обнщей 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: Х нормальный, когда ученые заняты применением парандигмы к решению конкретных проблем частного, специального характера (так называемых головоломок) Х экстраординарный, связанный с поиском новой парандигмы. При таком подходе новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и поэтому ее возникновение остается необъясненной. В действительнности же, как видно из примеров аномальных фактов, т.е. фактов, противоречащих парадигме, процесс анализа, кринтического осмысления и оценки существующей парадигмы происходит уже на стадии нормальной науки. Поэтому резнкое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов развития науки Ч 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: Узнание есть силаФ 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, Уозонная дыраФ над планетой, резкое сокращение видов растений и животных Ц 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
1. Т.Я. Дубнищева лКонцепции современного естествознания. Издательство лЮКЕА, Новосибирск, 1997. 2. Пуанкаре А. О науке. М., 1999. 3. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М., 2000. 4. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М. 1997. 5. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. М.: МГУК, 2000 г. 6. Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург, Питер, 1999 г.