Естественнонаучная картина мира. 2

Министерство  образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования 

Санкт-Петербургский  государственный  университет 

технологии  и  дизайна 
 
 
 

Кафедра физики 
 
 
 

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1

По дисциплине: «Концепции современного естествознания»

Реферат на тему: «ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА»

Вариант №2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила студентка: Коробейникова Анастасия  Юрьевна

Группа: 1ВЗ-4С

Шифр: №1023372 

Проверил (а):                  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010

СОДЕРЖАНИЕ 

1. ПОНЯТИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА……………...3

2. МЕХАНИЧЕСКАЯ  И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНЫ МИРА……..5

3. РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ И СМЕНА ПРЕЖНЕЙ  КАРТИНЫ МИРА………………………………………………………………………………9

4. СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………...13

1. ПОНЯТИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

      Представления о свойствах и особенностях окружающей нас природы возникают на основе тех знаний, которые в каждый исторический период дают нам разные науки, изучающие  различные процессы и явления природы. Поскольку природа представляет собой нечто единое и целое, постольку и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой определенную систему, которая называется Естествознанием. Раньше в Естествознание входили все сравнительно немногочисленные знания, который были известны о Природе, но уже с эпохи Возрождения возникают и обособляются отдельные его отрасли и дисциплины, начинается процесс дифференциации научного знания.

      Естественнонаучная  картина мира – система важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Она возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания.

      Существующая  картина природы оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и социально-гуманитарные. Такое воздействие выражается в распространении концепций, стандартов и критериев научности естествознания на другие отрасли научного познания. Обычно именно концепции и методы наук о природе и естественнонаучная картина мира в целом в значительной степени определяют научный климат эпохи. В взаимодействии с развитием наук о природе начиная с XVI в. развивалась математика, которая создала для естествознания такие мощные математические методы, как дифференциальное и интегральное исчисления.

      Без учета результатов исследования экономических, социальных и гуманитарных наук наши знания о мире в целом  будут заведомо неполными и ограниченными. Следует различать естественнонаучную картину мира, которая формируется из достижений и результатов познания наук о природе, и картину мира в целом, в которую в качестве необходимого дополнения входят важнейшие концепции и принципы общественных наук.

      Научная картина природы исторически  сформировывалась в процессе развития естествознания. Однако еще до появления научных представлений о природе люди задумывались об окружающем их мире, его строении и происхождении. Также представления вначале выступали в форме мифов и передавались от одного поколения к другому. Согласно древнейшим мифам, весь видимый упорядоченный и организованный мир, который в античности назывался космосом, произошел из дезорганизованного мира, или неупорядоченного хаоса.

      В античной натурфилософии, в частности  у Аристотеля (384 – 322 до н.э.), подобные взгляды нашли свое отражение в делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. Сам термин «космос» обозначал у древних греков всякую упорядоченность, организацию, совершенство, согласованность и даже военный строй. Именно такое совершенство и организованность приписывались небесному миру.

      С появлением экспериментального естествознания и научной астрономии в эпоху  Возрождения была показана явная  несостоятельность подобных представлений. Новые взгляды на окружающий мир  стали основываться на результатах и выводах естествознания соответствующей эпохи и стали поэтому называться естественнонаучной картиной мира. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. МЕХАНИЧЕСКАЯ  И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНЫ МИРА

      Физическая  картина мира создается благодаря фундаментальным экспериментальным исследованиям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие наше понимание природы. XX в. стал веком коренной смены парадигм научного мышления и радикального изменения естественнонаучной картины мира.

      Вплоть  до нашего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время ньютоновско-картезианская парадигма – система мышления, основанная на идеях Ньютона и Декарта. Последнему принадлежала идея принципиальной двойственности реальности: материя и ум (создание) являются различными, независимыми, параллельными субстанциями или мирами. Другими словами, мир существует независимо от воли людей. Поэтому материальный мир можно описать объективно, не включая в описание человека-наблюдателя с его специфической позицией, его субъективностью. Таким образом, идея строго субъективной науки вытекает из декартовских онтологических построений (онтология – теория бытия).

      Данное  разделение позволило ученым рассматривать  материю как нечто неживое  и полностью отдельное от них самих, а материальный мир – как огромный и сложный агрегат, состоящий из множества различных частей. Эти идея оказали огромное влияние на развитие общества и в наше время еще полностью не изжиты. Это проявляется в том, что такое разделение отражает наш взгляд на «внешний» мир, который мы воспринимаем как множество отдельных вещей и событий. К природной среде относятся так, как если она состояла из независимых частей, используемых группами людей с различными интересами. Это разделение распространяется и на общество, которое мы делим на нации, расы, религиозные и политические группировки. По-видимому, это одна из основных причин ряда социальных, экологических и культурных кризисов современности. Такое разделение настраивает нас против природы и других людей, порождает несправедливое разделение природных богатств, повинно в возникновении экономических и политических беспорядков, ведет к непрерывному росту насилия, загрязнению окружающей среды и т.д.

      Картезианское разделение и механическое мировоззрение в свое время оказали благотворное влияние на развитие классической механики, но они во многом отрицательно воздействовали на нашу цивилизацию. Современная наука пытается преодолеть ограниченность этого разделения и возвращается к идее единства, которая высказывалась еще древними философами Греции и Востока. Ее суть состоит в том, что все чувственно воспринимаемые предметы и явления есть различные взаимосвязанные аспекты единой реальности, поэтому изучать явления природы необходимо в их совокупности и взаимодействии. Только при этом условии мы можем представить картину мировых процессов, верно отражающую реальное положение вещей.

      Наше  стремление разделить мир на отдельные  самостоятельные вещи – это всего  лишь иллюзия, которая порождена  нашим оценивающим и анализирующим сознанием. Ряд фактов говорит о том, что современную цивилизацию ожидают качественные перемены. Существует множество примеров – предупреждений, что возможности порядка, существующего тысячелетия, уже исчерпаны. В настоящее время людям нужны новые знания и новое мировоззрение. Этому способствует современная естественнонаучная картина мира.

      В своем развитии физика прошла длинный  путь: от первых шагов, которые начинались в лоне древнегреческой философии  две с половиной тысячи лет  назад, до современных представлений о мире. Однако основные открытия были сделаны в последние 300 лет. Можно выделить три наиболее крупные этапы развития: XVII – середина XIX вв., середина XIX в. – 1930г. и период с 1885 по 1905 гг. Именно в это время были сформулированы представления об окружающем мире, которые теперь называют механической (механистической) и электромагнитной картинами мира. Для того, чтобы показать, что в развитии науки неизбежны смены концепций или парадигмы развития, необходимо рассмотреть период, когда произошла коренная ломка представлений о мире, который, по определению В. Ленина, называют «новейшей революцией в естествознании».

      Становление механической картины мира связывают  с именами Г. Галилея, И. Кеплера, и особенно И. Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало нескольких столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщении законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную степень в познании человеком окружающего мира.

      Основу  механической картины мира составляет идея атомизма, т.е. все тела (твердые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непрекращающемся тепловом движении. Взаимодействие тел происходит как при их непосредственном контакте (трение, силы упругости), так и на расстоянии (силы тяготения). Все пространство заполняет всепроникающий эфир – среда, в которой распространяется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые «кирпичики»; сцепляясь друг с другом, они образуют молекулы и в конечном счете все тела. Природа этого сцепления не исследовалась, не было понимания сущности эфира.

      Эта картина мира основана на четырех  принципиальных моментах.

1. Мир в этой картине построен на едином фундаменте – на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые превращения в природе, а также тепловые явления сводились на уровне микроявлений к механике атомов и молекул – их перемещениям, столкновениям, сцеплениям, разъединениям. Открытие закона сохранения и превращения энергии, казалось, окончательно доказывало механическое единство мира – все виды энергии можно свети к энергии механического движения.

   С такой точки зрения мир выглядел стройной гигантской машиной, построенной  по законам механики и по тем же законам функционирующей. В это  время развернулись исследования электрических  и магнитных явлений, которые  сначала не подрывали, а лишь только усложняли и дополняли механическую картину мира. Например, под этим углом зрения рассматривалось внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.

2. Механическая картина мира исходила из представлений, что микромир аналогичен макромиру.

   Механика макромира была хорошо изучена; считалось, что точно такая же механика описывает движение атомов и молекул. Как движутся и сталкиваются обычные тела, точно так же и движутся и сталкиваются атомы. Также, считалось, что и неживая, и живая материя «сконструированы» из одних и тех же «механических деталей», различающихся только размерами. Как человек конструирует разные механизмы из относительно крупных деталей, так и Бог конструирует живые объекты, используя более мелкие детали. Но в основе мира одни и те же «механические детали». Таким образом, механическое мировоззрение видело в малом то же, что и в большом, но лишь в меньших размерах. Это порождало представление о мире, похожем на вставленных одна в другую матрешек.

3. В механической картине мира отсутствует развитие, т.е. мир считался в целом таким, каким он был всегда. Ф. Энгельс отмечал, что для данной  психологии было характерно мировоззрение, центром которого являлось представление об абсолютной неизменности природы. Ведь все наблюдаемые процессы и превращения сводились только к механическим перемещениям и столкновениям атомов. Поэтому в биологии данного периода господствовала концепция преформизма, согласно которой в яйцеклетке любого живого существа уже содержится в миниатюре будущий взрослый организм; в зародышах заключены свои зародыши и т.д. (матрешечная теория). Таким образом, механическая картина фактически отвергла качественное изменение, сводя их к чисто количественным. И в этом виделся залог незыблемости природы.
4. В механической картине мира все причинно-следственные связи – однозначные, здесь господствует лапласовский детерминизм, согласно которому, если известны начальные данные системы, то можно точно предсказать ее будущее. В результате мир функционирует с точностью отлаженного человеческого механизма: огромный космический механизм подчинен законам классической механики, которые и управляют движением всей Вселенной. Хотя в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем Л. Больцман, ввели в физику вероятность, но ученые это не считали принципиальным, полагая, что использование вероятностей связано лишь с нашим незнанием всех деталей сложного механизма природы.

      Дана  парадигма господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. По своей сути эта картина мира является метафизической, поскольку в ней отсутствуют внутренние противоречия и качественное развитие, все происходящее в мире жестко предопределено, а все разнообразие мира сведено к механике. В механической картине мира понимание сводится к построению механической модели: если я могу представить такую модель – я понимаю, если не могу – значит, не понимаю его.

      Рационально-механический образ этого мира демонстрирует  нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, который  подчинен жестким однозначным законам. Сам по себе он лишен духа и свободы. Жизнь и разум в механической картине мира не обладают никакой качественной спецификой. Такая действительность не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире – ошибка, курьезный случай, побочный продукт звездной эволюции. Пологая человека случайностью, механическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными в грандиозной машине Вселенной, похожий на огромный полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий.

      Электромагнитная  картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные «состояния» эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда-эфир.

      Электромагнитная  картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики, которая изучала микромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в макромире. 
 
 
 

3. РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ И СМЕНА ПРЕЖНЕЙ КАРТИНЫ МИРА

      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 Э. Резерфордом (1871 - 1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. 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 Н. 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.

      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.

      В 1925 – 1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи – микромире, была создана новая волновая, или квантовая механика. Возникли разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира.

      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 интернациональных 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. В дальнейшем принцип относительности был использован и для описания электромагнитных процессов.

      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 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 отклоняться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства – времени.

      Научно-техническая  революция 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. 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. 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.

      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 процесс в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. 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. 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. С революционными преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине природы.

      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 много другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники.

      Живые системы послужили для химии  той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить  в своих исследованиях по синтезу  сложных соединений.

      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.

      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 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.

      Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Т. Кун (1922 – 1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность – смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. 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.