Концепции современного естествознания. 4

1. Обоснуйте критерии научного познания.                         

Одним из важных отличительных  качеств научного знания является его  систематизированность. Она является одним из критериев научности.  
Но знание может быть систематизированным не только в науке. Везде знание классифицируется и систематизируется. Научная же систематизация специфична. Для нее свойственно стремление к полноте, непротиворечивости, четким основаниям систематизации. Научное знание как система имеет определенную структуру, элементами которой являются факты, законы, теории, картины мира. Отдельные научные дисциплины взаимосвязаны и взаимозависимы. 

Стремление к обоснованности, доказательности знания является важным критерием научности.

Обоснование знания, приведение его в единую систему всегда было характерным для науки. Со стремлением  к доказательности знания иногда связывают само возникновение науки. Применяются разные способы обоснования  научного знания. Для обоснования  эмпирического знания применяются  многократные проверки, обращение к  статистическим данным. При обосновании  теоретических концепций проверяется  их непротиворечивость, соответствие эмпирическим данным, возможность описывать  и предсказывать явления. 

В науке ценятся оригинальные, "сумасшедшие" идеи. Но ориентация на новации сочетается в ней со стремлением элиминировать из результатов  научной деятельности все субъективное, связанное со спецификой самого ученого. В этом - одно из отличий науки  от искусства. Если бы художник не создал своего творения, то его бы просто не было. Но если бы ученый, пусть даже великий, не создал теорию, то она все  равно была бы создана, потому что  представляет собой необходимый  этап развития науки, является интерсубъективной.

Хотя научная деятельность специфична, в ней применяются  приемы рассуждений, используемые людьми в других сферах деятельности, в  обыденной жизни. Для любого вида человеческой деятельности характерны приемы рассуждений, которые применяются и в науке, а именно: индукция и дедукция, анализ и синтез, абстрагирование и обобщение, идеализация, аналогия, описание, объяснение, предсказание, гипотеза, подтверждение, опровержение и прочее.

Основными методами получения  эмпирического знания в науке  являются наблюдение и эксперимент. 

Наблюдение - это такой  метод получения эмпирического  знания, при котором главное - не вносить при исследовании самим  процессом наблюдения какие-либо изменения  в изучаемую реальность. 

В отличие от наблюдения, в рамках эксперимента изучаемое  явление ставится в особые условия. Как писал Ф. Бэкон, "природа вещей лучше обнаруживает себя в состоянии искусственной стесненности, чем в естественной свободе".

Важно подчеркнуть, что эмпирическое исследование не может начаться без  определенной теоретической установки. Хотя говорят, что факты - воздух ученого, тем не менее постижение реальности невозможно без теоретических построений. И.П.Павлов писал по этому поводу так: "...во всякий момент требуется известное общее представление о предмете, для того чтобы было на что цеплять факты..."

Задачи науки никак  не сводятся к сбору фактического материала. 

В ходе построения теории ученые применяют различные способы  теоретического мышления. Так, еще Галилей  стал широко применять мысленные  эксперименты в ходе построения теории. В ходе мысленного эксперимента теоретик как бы проигрывает возможные  варианты поведения разработанных  им идеализированных объектов. Математический эксперимент - это современная разновидность  мысленного эксперимента, при котором  возможные последствия варьирования условий в математической модели просчитываются на компьютерах. 

Говоря о средствах  научного познания, необходимо отметить, что важнейшим из них является язык науки. 

Галилей утверждал, что книга  Природы написана языком математики. Развитие физики полностью подтверждает эти слова Галилея. В других науках процесс математизации идет очень  активно. Математика входит в ткань  теоретических построений во всех науках.  
 
Ход научного познания существенно зависит от развития используемых наукой средств. Использование подзорной трубы Галилеем, а потом - создание телескопов, радиотелескопов во многом определило развитие астрономии. Применение микроскопов, особенно электронных, сыграло огромную роль в развитии биологии. Без таких средств познания, как синхрофазотроны, невозможно развитие современной физики элементарных частиц. Применение компьютера революционизирует развитие науки.  
 
Методы и средства, используемые в разных науках, не одинаковы.  

Различия методов и  средств, применяемых в разных науках, определяются и спецификой предметных областей, и уровнем развития науки. Однако в целом происходит постоянное взаимопроникновение методов и  средств различных наук. Аппарат  математики применяется все шире. По выражению Ю.Винера, "невероятная эффективность математики" делает ее важным средством познания во всех науках. Однако вряд ли следует в будущем ожидать универсализации методов и средств, используемых в разных науках.  
 
Методы, развитые в одной научной области, могут эффективно применяться в совсем другой области. 

Говоря о специфике  разных наук, можно отметить особенности  философского знания. В целом философия  не является наукой. Если в классической философской традиции философия  трактовалась как особого рода наука, то современные мыслители часто  развивают философские построения резко отграниченные от науки (это  относится, например, к экзистенциалистам, неопозитивистам). Вместе с тем, в  рамках философии всегда были и есть построения и исследования, которые  могут претендовать на статус научных. М.Борн относит к таковым "исследование общих черт структуры мира и наших методов проникновения в эту структуру".

2. Обоснуйте фактами неразрывную взаимосвязь пространства, времени и материи.

 
Пространство и время - это всеобщие формы существования материи. Нет и не может быть материи вне пространства и времени. Как и материя, пространство и время объективны, независимы от сознания. Структура и свойства движущейся материи определяют структуру и свойства пространства и времени. Пространство и время зависят не только от материи, но и друг от друга. Это обнаруживается даже при простом механическом перемещении: по положению солнца на небе можно определить время, а для определения координат космического корабля нужно задать время. Более глубоко связь пространства и времени раскрыла теория относительности. Она ввела единое понятие четырехмерного пространства и времени (пространства Минковского). Так данные современного естествознания подтверждают единство материи, движения, пространства и времени.

3. Какие основные открытия, имеющие отношение к пониманию устройства Вселенной, были сделаны в 20-21 веке?

Астрономия

Крупнейшими достижениями астрономии начала XX века стали: открытие закономерности, связывающей спектральный класс и светимость звёзд (диаграмма Герцшпрунга — Рассела стала для астрономии тем же, что и таблица Менделеева для химии) и разрешение на отдельные звёзды спиральных туманностей — галактик, что вывело астрономию за пределы Млечного пути — нашей Галактики и по своему значению сравнимо с переходом от геоцентрической к гелиоцентрической системам.

Дальнейшее развитие астрономии в XX веке продолжило тенденцию XIX века — переход от описания небесных тел и их движения с позиций классической механики к изучению их строения и эволюции с использованием данных и концепций физики. Два основных открытия физики XX века — теория относительности и квантовая механика позволили астрономии не только объяснить накопившийся к началу XX века объём противоречивых фактов, но и поставить новые задачи исследований, что привело к созданию космологии и астрофизики. Примечательно, что первые подтверждения общей теории относительности пришли именно из астрономии — ими стали объяснение природы смещения перигелия орбиты Меркурия, необъяснимое в рамках теории тяготения Ньютона, и отклонение света тяготеющей массой, подтверждённое наблюдением отклонения видимого положения звёзд у лимба Солнца при его затмении.

Другим следствием синергического развития астрономии и физики стало появление новых средств наблюдения, то есть радиоастрономии, внеатмосферной рентгеновской и гамма-астрономии — и выход за пределы узкого (всего ~300 нм!) видимого диапазона к открытию множества поразительно разнообразных астрономических объектов. Если в начале XX века список астрономических объектов за пределами Солнечной системы исчерпывался туманностями, звёздами и их гипотетическими планетными системами, то к началу XXI века список типов наблюдаемых объектов исчисляется десятками.

Астрофизика

Создание гидростатической эддингтоновской модели строения звёзд и понимание термоядерной природы источника их энергии позволило количественно интерпретировать диаграмму Герцшпрунга — Рассела. Можно продолжить аналогию с таблицей Менделеева: как квантовая механика объяснила закономерности, зафиксированные в ней, так и гидростатическая модель с термоядерным источником потребовала существования главной последовательности диаграмму Герцшпрунга — Рассела и её дополнительных ветвей — как результата эволюции звёзд при смене в них различных типов термоядерных реакций.

Квантовая теория вырожденного газа объяснила «парадокс плотности» белых карликов и определила их предельную массу (предел Чандрасекара), выше которой давление вырожденного электронного газа не может остановить их коллапс в нейтронные звёзды. Эта же теория, но уже для вырожденного нейтронного газа, определила и верхний предел массы нейтронных звёзд (предел Оппенгеймера — Волкова), при превышении которого происходит коллапс в чёрные дыры.

Результатом стала  теория эволюции звёзд различных  масс на всех её стадиях — от конденсации  протозвёздных туманностей, до таких  феноменов поздних стадий эволюции звёзд, как планетарные туманности, вспышки новых и сверхновых звёзд и разнобразные формы наблюдаемой активности звёздных остатков: пульсары, магнетары, барстеры, рентгеновские источники аккреционных дисков, микроквазары и т. п.

Космология

Понимание природы пространства-времени и её связи с гравитацией позволило создать космологические модели Эйнштейна и Фридмана, основанные на уравнениях общей теории относительности, в рамках которых успешно разрешались классические космологические парадоксы, и, в сочетании с открытием Хабблом красного смещения, дало целостную картину Вселенной — Вселенной динамической и эволюционирующей. Понимание — и экспериментальное подтверждение — динамичности вселенной привело к снятию запрета на вопрос о её происхождении и её «начальном моменте». Результатом стала гипотеза, а затем и стандартная теория Большого Взрыва, в большинстве деталей совпадающая с наблюдаемой картиной Вселенной. Открытие реликтового микроволнового излучения и наблюдаемое соотношение лёгких элементов — результатов первичного нуклеосинтеза — одни из самых ярких подтверждений этой теории.

4. Опишите - кратко и максимально информативно - как устроен атом?

 
Атом представляет собой наименьшую химически неделимую часть химического  элемента, которая является носителем  его свойств. В состав атома входят электроны и атомное ядро, которое  в свою очередь состоит из незаряженных нейтронов, а также положительно заряженных протонов. Если количество электронов и протонов совпадает, то атом является электрически нейтральным. В обратном случае он имеет либо отрицательный, либо положительный  заряд и в таком случае его  называют ионом.

Атомы классифицируются по числу нейтронов и протонов в  ядре: число нейтронов определяет его принадлежность к какому-либо изотопу химическому элементу, число  протонов — непосредственно к  этому элементу. Атомы разных видов  в различных количествах, которые  при этом связаны некоторыми межатомными  связями, формируют молекулы.

Понятие об атоме впервые  было сформулировано древнегреческими и древнеиндийскими философами. В XVII и XVIII столетиях химики смогли подтвердить данную гипотезу о том, что некоторые из веществ не могут подвергаться последующему расщеплению на более мелкие элементы при помощи специальных химических методов, экспериментально. Но в конце XIX и начале XX веков физики открыли субатомные частицы, после чего ясным стал то факт, что атом на самом деле не представляет собой “неделимую частицу”. В 1860 году в немецком городе Карлсруэ состоялся международный съезд химиков, на котором был принят ряд решений об определении понятий атом и молекулы. Вследствие этого атом это самая маленькая частица химического элемента, которая входит в состав сложных и простых веществ.

5. Что такое открытые и закрытые системы?

 
Закрытая система, как это становиться  по названию - отграничена от окружающего мира. Взаимодействие происходит только внутри системы между ее структурными компонентами.

В противоположность закрытой системе, открытая система функционирует  благодаря взаимодействию с окружающим миром. Открытые системы осуществляют обмен с внешней средой энергию вещество и информацию, открытые системы называются диссипативными, так как они способны развеивать энергию в огне (диссипировать).  
Такие системы не могу быть равновесными (они далеки от точки термодинамического равновесия) по причине того, что их функционирование требует непрерывного поступления из внешней среды новой энергии. 

С поступлением новой энергии  в систему прежняя взаимосвязь  разрушается. Неравновесность систем возрастает. В тоже время между  элементами системы возникают новые  связи которые приводят к так называемым кооперативным процессам.

Закрытость и открытость систем бывает разной степени выраженности. Абсолютно закрытая и абсолютно  открытая системы - это достаточно абстрактные  понятия. Даже в сложнейших научных  экспериментах и при особых природных  обстоятельствах (глубоко в космосе, в центре звезды) достижение абсолютно  открытого или закрытого состояния  невозможно. Все, что будет сказано  ниже, относиться к промежуточным  состояниям разной степени выраженности.

6. Чем живые системы отличаются от неживых?

 
Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической формами существования  материи, закономерно возникающая  при определённых условиях в процессе её развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным  условием жизни, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава  и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д. Однако строго научное  разграничение на живые и неживые  объекты встречает определённые трудности. Так, до сих пор нет  единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне  клеток организма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в  вирусной частице в это время  отсутствуют метаболические процессы, она не способна размножаться и т.д. Специфика живых объектов и жизненных  процессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной структуры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни. Наиболее точное определение жизни, охватывающее одновременно оба эти подхода к проблеме, дал около 100 лет назад Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". Термин "белок" тогда ещё не был определён вполне точно и его относили обычно к протоплазме в целом.

Все известные ныне объекты, обладающие несомненными атрибутами живого, имеют в своём составе два  основных типа биополимеров: белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: "Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них... Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшей".

Ч. Дарвин в последних  строках "Происхождения видов" пишет об основных законах, лежащих, по его мнению, в основе возникновения  всех форм жизни: "Эти законы, в  самом широком смысле - Рост и  Воспроизведение, Наследственность, почти  необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, зависящая от прямого  или косвенного действия жизненных  условий и от упражнения и неупражнения, Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к Борьбе за жизнь и её последствию - Естественному Отбору... ". Если оставить в стороне роль упражнения, которое, по позднейшим данным, служит фактором ненаследственной изменчивости, обобщение Дарвина сохраняет силу и поныне, а его основные законы жизни сводятся к двум ещё более общим. Это прежде всего способность живого ассимилировать полученные извне вещества, т.е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам, и за счёт этого многократно воспроизводить их (репродуцировать). При этом, если исходная структура случайно изменилась, то она продолжает воспроизводиться в новом виде. Способность к избыточному самовоспроизведению лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, следовательно, - прогрессии размножения (основное условие для естественного отбора), а также в основе наследственности и наследственной изменчивости.

Советский биохимик В.А. Энгельгардт  рассматривает воспроизведение  себе подобного как фундаментальное  свойство живого, которое ныне получает интерпретацию в терминах химических понятий на подлинно молекулярном уровне. Другая особенность живого заключается  в огромном многообразии свойств, приобретаемых  благодаря изменчивости материальными  структурами живых объектов. Каждое из этих двух фундаментальных свойств связано в основном с функцией одного из двух биополимеров. "Запись" наследственных свойств, т.е. кодирование признаков организма, необходимое для воспроизведения, осуществляется с помощью ДНК и РНК, хотя в самом процессе репродукции непременно принимают участие белки-ферменты. Живой является не отдельная молекула ДНК, белка или РНК, а их система в целом. Реализация многообразной информации о свойствах организма осуществляется путём синтеза согласно генетическому коду различных белков (ферментных, структурных и т.д.), которые благодаря своему разнообразию и структурной пластичности обусловливают развитие самых различных физических и химических приспособлений живых организмов. На этом фундаменте в процессе эволюции возникли непревзойдённые по своему совершенству живые управляющие системы.

Жизнь характеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содержащими два типа биополимеров (белок и ДНК или РНК), которые составляют живую систему, способную в целом к самовоспроизведения по принципу матричного синтеза. Характерная особенность химического состава известных нам форм жизни - асимметрия оптически активных веществ, представленных в живых объектах левовращающими или правовращающими формами.

Жизнь возможна лишь при  определённых физических и химических условиях (температура, присутствие  воды, ряда солей и т.д.). Однако прекращение  жизненных процессов, например, при  высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

Жизнь качественно превосходит  другие формы существования материи  в отношении многообразия и сложности  химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений. Живые системы характеризуются  гораздо более высоким уровнем  упорядоченности структурной и  функциональной, в пространстве и  во времени.

Структурная компактность и  энергетическую экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности  на молекулярном уровне. "Именно в  способности живого создавать порядок  из хаотического теплового движения молекул, - пишет Энгельгардт, - состоит  наиболее глубокое, коренное отличие  живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии". Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т.е. являются открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное.: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа "против равновесия" (Э. Бауэр). На этом основаны ошибочные утверждения, что живые системы якобы не подчиняются второму закону термодинамики. Однако местное снижение энтропии в живых системах возможно только за счёт повышения энтропии в окружающей среде, так что в целом процесс повышения энтропии продолжается, что вполне согласуется с требованиями второго закона термодинамики. По образному выражению австрийского физика Э. Шрёдингера, живые организмы как бы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией), извлекая её из окружающей среды и увеличивая этим возрастание положительной энтропии в ней.

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

РОССИЙСКАЯ  АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И  ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

при ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

Факультет юриспруденции

Оценка  «______________»

Подпись преподавателя ________

«_____»   ___________20____ г.

Концепции современного естествознания

Контрольная работа

Борисовой Татьяны Валерьевны

Студенки курса Ю-041(в)

Направление подготовки: 030900.62 «Юриспруденция»

  Руководитель:

Нескоромный Сергей Владиленович

к.ф.-м.н., доцент

Екатеринбург

            2013