Контрольная работа по «Концепции современного естествознания». 3

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Торгово-экономический институт

 

Кафедра технологии и организации общественного питания

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

Выполнил (а):                                                                   Руководитель:

____________________                                              ___________________                      

                подпись                                                                                     подпись                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Вопрос №7. История естественнонаучного познания через смену парадигм…………………………………………………………………………...3
2. Вопрос № 25 .Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Как рассматривают принципы дополнительности и соотношения неопределенностей двойственность объектов микромира?..........................................................................................................................15
3. Вопрос №42 Какие объекты изучает новое междисциплинарное направление синергетика?  Почему взгляд на мир через призму синергетики меняет наше представление о случайности и необходимости, эволюции и деградации?..................24
4. Вопрос №50 .В чем сущность теории химической эволюции? Как объяснить сложные процессы эволюции в живой природе на основе возрастания степени упорядочности  и самоорганизации химических систем?...................................................30
5. Вопрос №75 .Человек и техногенная цивилизация: проблемы и перспективы…………………………………………………………………….....40

 Список использованных источников…………………………………...42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вопрос №7. История естественнонаучного познания через смену парадигм.

 Исторически путь естественно-научного познания окружающего мира начинался с живого созерцания – чувственного восприятия фактов на основе практики. От живого созерцания человек переходит к абстрактному мышлению, а от него – снова к практике, в которой он реализует свои мысли, выверяет их истинность. Современный естествоиспытатель, мышление которого аккумулировало в определенной степени человеческий опыт и выработанные человечеством категории и законы, не приступает к исследованию с живого созерцания. Любое естественно-научное исследование нуждается с самого начала в руководящих идеях. Они служат своего рода направляющей силой, без них естествоиспытатель обрекает себя на блуждание в потемках, не может поставить правильно ни одного эксперимента. Вместе с тем теоретическая мысль, даже безупречная по своей логической строгости, не может сама по себе вскрыть закономерности материального мира. Для своего эффективного движения она должна постоянно получать стимулы, толчки, факты из окружающей действительности через наблюдения, эксперименты, т. е. посредством эмпирического познания.                          

Эмпирическое и теоретическое познание – это единый процесс, характерный для любого естественно-научного исследования на любой его стадии.

Методы эмпирического и теоретического познания схематично представлены на рис.3.

Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.

Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных несущественных для него явлений. Во-вторых, в ходе эксперимента многократно воспроизводится ход процесса. В третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса и состояния объекта изучения.

Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.

В современной науке учитывается принцип относительности свойств объекта к средствам наблюдения, эксперимента и измерения. Так, например, если изучать свойства света, изучая его прохождение через решетку, он будет проявлять свои волновые свойства. Если же эксперимент и измерения будут направлены на изучение фотоэффекта, будет проявляться корпускулярная природа света (как потока частиц - фотонов).

Интуиция. Особым способом постижения истины является интуиция. Это вид знания, которое возникает как бы внезапно, как озарение у человека, долгое время пытавшегося решить мучивший его вопрос. Интуитивное познание является непосредственным - способ его осуществления не осознается человеком. Однако, после того, как задача решена, ход ее решения может быть осознан и проанализирован. Интуиция, таким образом, есть качественно особый вид познания, в котором отдельные звенья логической цепи познания остаются на уровне бессознательного.

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

Рис.1

Выдающийся французский ученый А. Пуанкаре (1854-1912) подчеркивал, что в научном познании и логика и интуиция играют каждая свою необходимую роль. Даже в логических построениях современной науки, по его словам, просматриваются следы интуитивных понятий прежних эпох. Интуиция опирается на подсознательное восприятие, на опыт, запечатленный в подсознании. Когда же человек, обладающий даром интуиции и долго бившийся над какой-либо научной проблемой, сталкивается с каким-либо новым фактом, ему может открыться решение загадки. Однако интуиции недостаточно, чтобы открывшаяся истина стала действительно научной истиной. Для этого необходимо ее доказательство. Другими словами, результаты интуитивного постижения нуждаются в логическом и практическом доказательстве своей истинности.

С развитием науки роль интуиции не ослабевает. Важна связь интуиции с творческим воображением. Способность к творческому воображению позволяет человеку в обычных фактах усмотреть нечто новое, постичь новый смысл, никем ранее не увиденный. Так, например, паутина, протянутая через дорожку, подсказала талантливому инженеру идею висячего моста. Люди в разной мере одарены способностью к интуиции и творческому воображению, однако, эту способность  можно в значительной мере развить. Важную роль при этом играет искусство и чувство красоты, которое учит видеть и чувствовать гармонию мира, а она, в свою очередь, проступает в фундаментальных законах мироздания, в закономерностях, присущих окружающему миру.

С развитием науки роль интуиции не ослабевает. Интуиция сближает научное творчество с художественным.

2. Понятие методологии  и метода

 

 Важно различать такие понятия, как методология и метод.

Методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности.

Методология естествознания - учение о принципах построения, формах и способах естественнонаучного  познания. Так, например, методологическое значение имеют в естествознании законы сохранения. При любых исследованиях, теоретических построениях они должны обязательно учитываться.

Метод - это совокупность приемов или операций практической или теоретической деятельности. Метод можно также охарактеризовать как форму теоретического и практического освоения действительности, исходящего из закономерностей поведения изучаемого объекта. Ф. Бэкон[1] сравнивал правильный научный метод со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте.

Методы научного познания включают так называемые всеобщие методы, т.е. общечеловеческие приемы мышления, общенаучные методы и методы конкретных наук. Методы могут быть классифицированы и по соотношению эмпирического знания (т.е. знания полученного в результате опыта, опытного знания) и знания теоретического, суть которого - познание сущности явлений, их внутренних связей. Классификация методов научного познания представлена на рис. 2,3.

 

 

 

  

 

 

  

 

Рис.2

 

  

 

 

  

 

 

Следует иметь в виду, что каждая отрасль естествознания наряду с общенаучными применяет свои конкретно-научные, специальные методы, обусловленные сущностью объекта исследования. Однако зачастую методы, характерные для какой-либо конкретной науки применяются и в других науках. Это происходит потому, что объекты исследования этих наук подчиняются также и законам данной науки. Например, физические и химические методы исследования применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи и, следовательно, подчиняются физическим и химическим законам (вспомним «лестницу Кекуле», рассмотренную нами в первой лекции).

Всеобщих методов в истории познания - два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы.

Диалектический метод - это метод познания действительности в ее противоречивости, целостности  и развитии.

Метафизический[2] метод - метод, противоположный диалектическому, рассматривающий явления вне их взаимной связи и развития.

С середины 19-го века метафизический метод все больше и больше вытеснялся из естествознания диалектическим методом.  

 

3. Методы научного познания

 

 

3.1. Общенаучные  методы 

 

Соотношение общенаучных методов также можно представить в виде схемы (рис.2). 

 

Рис.3

 

   

 

 

  

 

Анализ - мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части.

Синтез - объединение познанных в результате анализа элементов в единое целое.

Обобщение - процесс мысленного перехода от единичного к о общему, от менее общего, к более общему, например: переход  от суждения «этот металл проводит электричество» к суждению «все металлы проводят электричество», от суждения : «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии превращается в тепловую».

Абстрагирование (идеализация) - мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования. В результате идеализации из рассмотрения могут быть исключены некоторые свойства, признаки объектов, которые не являются существенными для данного исследования. Пример такой идеализации в механике - материальная точка, т.е. точка, обладающая массой, но лишенная всяких размеров. Таким же абстрактным (идеальным) объектом является абсолютно твердое тело.

Индукция - процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов, т.е. познание от частного к общему. На практике чаще всего применяется неполная индукция, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях и включающая теоретическое обоснование называется научной индукцией. Выводы такой индукции часто носят вероятностный характер. Это рискованный, но творческий метод. При строгой постановке эксперимента, логической последовательности и строгости выводов она способна давать достоверное заключение. По словам известного французского физика Луи де Бройля, научная индукция является истинным источником действительно научного прогресса.

Дедукция - процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Она тесно связана с обобщением. Если исходные общие положения являются установленной научной истиной, то метом дедукции всегда будет получен истинный вывод. Особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. Математики оперируют математическими абстракциями и строят свои рассуждения на общих положениях. Эти общие положения применяются к решению частных, конкретных задач.

В истории естествознания были попытки абсолютизировать значение в науке индуктивного метода (Ф. Бэкон) или дедуктивного метода (Р. Декарт), придать им универсальное значение. Однако эти методы не могут применяться как обособленные, изолированные друг от друга. каждый из них используется на определенном этапе процесса познания.

Аналогия - вероятное, правдоподобное заключение о сходстве двух предметов или явлений в каком-либо признаке, на основании установленного их сходства в других признаках. Аналогия с простым позволяет понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч.Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире.

Моделирование - воспроизведение свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге - модели. Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий. фотографии, протезы, куклы и т.п. и идеальными (абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель. Обычно это система уравнений, описывающая взаимосвязи в изучаемой системе.

Исторический метод подразумевает воспроизведение истории изучаемого объекта во всей своей многогранности, с учетом всех деталей и случайностей. Логический метод - это, по сути, логическое воспроизведение истории изучаемого объекта. При этом история эта освобождается от всего случайного, несущественного, т.е. это как бы тот же исторический метод, но освобожденный от его исторической формы.

Классификация - распределение тех или иных объектов по классам (отделам, разрядам) в зависимости от их общих признаков, фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе конкретной отрасли знания. Становление каждой науки связано с созданием классификаций изучаемых объектов, явлений.

Классификация - это процесс упорядочивания информации. В процессе изучения новых объектов в отношении каждого такого объекта делается вывод: принадлежит ли он к уже установленным классификационным группам. В некоторых случаях при этом обнаруживается необходимость перестройки системы классификации. Существует специальная теория классификации - таксономия. Она рассматривает принципы классификации и систематизации сложноорганизованных областей действительности, имеющих обычно иерархическое строение (органический мир, объекты географии, геологии и т.п.).

Одной из первых классификаций в естествознании явилась классификация растительного и животного мира выдающегося шведского натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Для представителей живой природы он установил определенную градацию: класс, отряд, род, вид, вариация. 

 

5. Формы научного  знания 

К формам научного знания относят проблемы, научные факты, гипотезы, теории, идеи, принципы, категории и законы (см. рис.4).

Факт, как явление действительности, становится научным фактом, если он прошел строгую проверку на истинность. Факты - это наиболее надежные аргументы как для доказательства, так и для опровержения каких-либо теоретических утверждений. И.П. Павлов называл факты «воздухом ученого». Однако при этом надо брать не отдельные факты, а всю, без исключения, совокупность фактов, относящихся к рассматриваемому вопросу. В противном случае возникает подозрение, что факты подобраны произвольно.

Научные проблемы - это осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний недостаточно. Ее можно определить и как «знание о незнании».  

 

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

Рис.4  

Научная гипотеза - такое предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказано, но которое выдвигается не произвольно, а при соблюдении ряда требований, к которым относятся следующие.

1.     Отсутствие противоречий. Основные положение предлагаемой гипотезы не должны противоречить известным и проверенным фактам. (При этом следует учитывать, что бывают и ложные факты, которые сами нуждаются в проверке).

2.     Соответствие  новой гипотезы надежно установленным теориям. Так, после открытия закона сохранения и превращения энергии все новые предложения о создании «вечного двигателя» более не рассматриваются.

3.     Доступность выдвигаемой гипотезы экспериментальной проверке, хотя бы в принципе (см. ниже - принцип верифицируемости).

4.     Максимальная простота гипотезы.  

 

Категории науки - это наиболее общие понятия теории, характеризующие существенные свойства объекта теории, предметов и явлений объективного мира. Например, важнейшими категориями являются материя, пространство, время, движение, причинность, качество, количество, причинность и.т.п.

Законы науки отражают существенные связи явлений в форме теоретических утверждений. Принципы и законы выражаются через соотношение двух и более категорий.

Научные принципы - наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. Научные принципы играют роль исходных, первичных посылок и закладываются в фундамент создаваемых теорий. Содержание принципов раскрываются в совокупности законов и категорий.

Научные концепции - наиболее общие и важные фундаментальные положения теорий.

Научная теория - это систематизированные знания в их совокупности. Научные теории объясняют множество накопленных научных фактов и описывают определенный фрагмент реальности (например, электрические явления, механическое движение, превращение веществ, эволюцию видов и т.п.) посредством системы законов.

Главное отличие теории от гипотезы - достоверность, доказанность. сам термин теория имеет множество смыслов.] Теория в строго научном смысле- это система уже подтвержденного знания, всесторонне раскрывающая структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов, сторон и теорий.

Различают три вида теорий.

1. Описательные  теории. Описательные теории носят качественный характер. Они выделяют исследуемую группу явлений или объектов, формулируют на основе научных данных общие закономерности, но корректировка доказательств и логический анализ не проводятся. К таким теориям относятся первые теории электричества и магнетизма, филиологическая теория Павлова, теория Дарвина, современные психологические теории.

2. Научные теории. В этих теориях с помощью математических моделей конструируется идеальный объект, представляющий и замещающий реальный объект. Обычно такие теории основываются на нескольких аксиомах  и гипотезах. Следствия из теории проверяются экспериментально. Примером являются современные физические теории, для которых характерна логика и строгий математический аппарат.

3. Дедуктивные  теории. В дедуктивных теориях формулируется основная аксиома, а затем добавляются положения, выведенные из основной аксиомы путем строгой логики. Пример: «Начала» Евклида.

Новые теории создаются в соответствии с некоторым образцом парадигмой.

Научная теория должна выполнять две важнейшие функции, первой из которых является объяснение фактов, а вторая - предсказание новых, еще неизвестных фактов и характеризующих их закономерностей.

Научная теория - одна из наиболее устойчивых форм научного знания, но и они претерпевают изменения вслед за накоплением новых фактов. Когда изменения затрагивают фундаментальные принципы теории, происходит переход к новым принципам, а, следовательно, к новой теории. Изменения же в наиболее общих теориях, приводят к качественным изменениям всей системы теоретического знания. в результате чего происходят глобальные естественнонаучные революции и меняется научная картина мира.

Научная картина мира - это система научных теорий, описывающая реальность. Подробнее о научных картинах мира, их эволюции будет сказано в следующей лекции. 

 

6. Процесс научного  познания 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

Рис.5

Определив формы научного знания и методы научного познания, мы можем схематично представить весь процесс научного познания в виде некоторой схемы (см. рис. 5). 

7. Критерии истинности  научного знания

В настоящее время,  в силу ряда объективных причин в мире оказались весьма сильны антинаучные  тенденции,  представляющие собой  заявку на понятное всем, четкое  миропонимание, отличное от того, которое дает классическое естествознание. При этом в общественном сознании размывается грань между наукой и псевдонаукой, наукой и мистикой. В этих условиях  важно знать критерии разграничения научных и псевдонаучных идей. На схеме рис. 6 даны принципы, справедливые для научных теорий, научного знания, которые отличают научное знание от псевдонаучного.  

 

Рис.6

 

 

 2 Вопрос № 25 .Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Как рассматривают принципы дополнительности и соотношения неопределенностей двойственность объектов микромира?

Корпускулярно-волновой дуализм — представления о двуединстве материального мира, в котором все объекты обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Впервые такой дуализм был обнаружен при исследованиях света, ведущего себя, в зависимости от условий эксперимента, то как электромагнитная волна (оптика), то как дискретная частица (химическое действие света). Первое время учёным казалось, что представление о свете, как о электромагнитной волне, и как о потоке частиц, исключают друг друга. Постепенно осознание реальности дуализма материи стало привычным. В настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет преимущественно исторический интерес, так как она служила способом описать сложное поведение квантовых объектов, находя ему аналогии из области классической физики. В действительности квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в определённых экспериментах, описание которых проводится в определённом приближении.

2.1Принцип  неопределенности Гейзенберга        

В физике микромира известно соотношение неопределенностей Гейзенберга, сущность которого сводится к следующему.  Допустим,  что нам надо  определить состояние движущейся частицы. В соответствии с законами классической механики ситуация была бы тривиально простой: следовало лишь определить координаты частицы и ее импульс (количество движения).    

   Но законы классической механики для микрочастиц применяться не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно.          

 В  классической механике состояние  материальной точки (классической  частицы) определяется заданием  значений координат, импульса, энергии  и т.д.   Но информация о микрочастицах может быть получена путем наблюдения их взаимодействия с приборами, представляющими собой макроскопические тела. Поэтому результаты измерений, естественно, выражаются в терминах, разработанных для характеристики макротел а затем таким образом  измеренные значения приписываются микрочастицам.

 

           Своеобразие свойств микрочастиц проявляется в том, что не для всех переменных получаются при измерениях определенные значения. Так, например, электрон (и любая другая микрочастица) не может иметь одновременно точные значения координаты х и импульса р. Неопределенности координат и импульса удовлетворяют соотношению В. Гейзенберга (1927):                               

                                      

где   и   - неопределенности значений х и р, являющиеся среднеквадратичными отклонениями.  

 Этот  принцип утверждает, что если  частица локализована в пространстве  со среднеквадратичным отклонением  , то ее импульс может принимать значения, находящиеся в пределах «ширины»  . Физический смысл принципа неопределенности состоит в том, что невозможно одновременно определить значения координаты и импульса частицы.     

В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг пишет, что никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра - координату и  скорость. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.        

 С  точки зрения классической механики, соотношение неопределенностей представляется абсурдом. Но вот  трактуются эти экспериментальные факты не совсем корректно. Вместо того, чтобы понять, что корпускулярно -волновой дуализм отражает более фундаментальную природу вещей микромира, в учебниках приводятся  интерпретации о том,   что для лучшей оценки  создавшегося положение, нужно иметь в виду, что мы, люди, живем в макромире и в принципе не можем построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру, что Соотношение  

неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Другими словами, решая проблему  познаваем ли мегамир, мы уже принципиально закрываем себе  такой   трактовкой  дорогу в микромир.      

Но, тем не менее,  утверждается, что  любая попытка дать четкую картину микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измерение проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, направленных на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в частности, при прохождении электронов через тонкие пластинки или при наблюдении отклонения лучей.

2.3 Принцип дополнительности Бора      

Фундаментальным принципом квантовой механики наряду с соотношением неопределенностей является принцип дополнительности которому Н. Бор дал следующую формулировку:     

«Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».      

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других - подобно частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. М. Борн образно заметил, что волны и частицы - это «проекции» физической реальности на экспериментальную ситуацию.     

Ученый, исследующий микромир, превращается, таким образом, из наблюдателя в действующее лицо, поскольку физическая реальность зависит от прибора, т.е. в конечном счете от произвола наблюдателя. Поэтому Н. Бор и считал, что физик познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней.       

 В физике микромира  имеются и другие соотношения, аналогичные вышеприведенному, например, для энергии и времени                                                     

    

 Это соотношение означает, что  определение энергии с заданной точностью  в данный  момент времени должно занять определенный интервал, определяемый данным выражением. Соотношения неопределенности указывают, в какой мере можно пользоваться понятиями классической механики применительно к микрочастицам. Отметим, что подобные соотношения будут справедливы и для соотношений координат частиц и их скоростью