Революция в естествознании и смена прежней картины мира

Содержание:

Введение                                                                                                         3

1. Естественнонаучное миропонимание                                                  4-5

2. Механическая картина мира                                                               6-14

3. Электромагнитная картина мира                                                           15

4. Революция в естествознании и смена прежней картины мира      16-20

Заключение                                                                                             21

Список использованной литературы                                                      22

Введение.

Понятие «научная картина  мира» активно используется в  естествознании и философии с  конца XIX в. Специальный анализ его  содержания стал проводиться более  или менее систематически с 60-х  годов XX в., но до сих пор однозначное его понимание не достигнуто. Вероятно, это связано с объективной размытостью, неопределенностью самого понятия, занимающего промежуточное положение между собственно философским и естественнонаучным уровнями обобщения и отражения результатов, методов и тенденций развития научного познания. Существуют общенаучные картины мира и картины мира с точки зрения отдельных наук - физическая, биологическая, астрономическая..., с точки зрения каких-то господствующих, просто авторитетных в то или иное время представлений, методов, стилей мышления - вероятностно-статистическая, эволюционистская, системная, информационно-кибернетическая, синергетическая и т.п. картины мира.

В мировоззренческом и  методологическом отношении научные  картины мира выполняют функции  связующего звена между философией и отдельными науками, специальными научными теориями.

Цель данной работы изучить естественнонаучную картину мира. В рамках достижения поставленных целей ставятся следующие задачи:

- проанализировать естественнонаучное миропонимание;

- исследовать механическую, электромагнитную и эволюционную картину мира.

Объект работы – основные аспекты возникновения картин мира.

Источниками информации для  написания работы послужили базовая  учебная литература, фундаментальные  теоретические труды крупнейших мыслителей в рассматриваемой области, справочная литература, нормативно- правовые акты, прочие актуальные источники  информации

1. Естественнонаучное миропонимание.

Естественнонаучное миропонимание - 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...».

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 естественнонаучном миропонимании, то должны иметься в виду наиболее общие закономерности природы, объясняющие отдельные явления и частные законы.

Естественнонаучное миропонимание - 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. Механическая картина мира.

Исторически первой естественнонаучной картиной мира Нового времени была механистическая картина, которая  напоминала часы: любое событие однозначно определяется начальными условиями, задаваемыми (по крайней мере, в принципе) абсолютно  точно. В таком мире нет места  случайности.

Механистическая картина  мира основывалась на следующих принципах:

1. связь теории с практикой;

2. использование математики;

3. эксперимент реальный и мысленный;

4. критический анализ и проверка данных;

5. главный вопрос: как, а не почему;

6.  нет «стрелы времени» (регулярность, детерминированность и обратимость траекторий).

Становление механистической  картины мира справедливо связывают  с именем Галилео Галилея, который  установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал  механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в  том, что он впервые применил для  исследования природы экспериментальный  метод вместе с измерениями исследуемых  величин и математической обработкой результатов измерений.

Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался  от ранее существовавшего натурфилософского  способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались  априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные  схемы.

Натурфилософия – это попытка использовать общие философские принципы для объяснения природы. Такие попытки предпринимались еще с античной эпохи, когда недостаток конкретных данных философы стремились компенсировать общими философскими рассуждениями.

Переход к экспериментальному изучению природы и математическая обработка результатов экспериментов  позволили Галилею открыть законы движения свободно падающих тел. Принципиальное отличие нового метода исследования природы от натурфилософского состояло, следовательно, в том, что в нем  гипотезы систематически проверялись  опытом. Эксперимент можно рассматривать как вопрос, обращенный к природе. Чтобы получить на него определенный ответ, необходимо так сформулировать вопрос, чтобы получить на него вполне однозначный и определенный ответ. Для этого следует так построить эксперимент, чтобы по возможности максимально изолироваться от воздействия посторонних факторов, которые мешают наблюдению изучаемого явления в «чистом виде». В свою очередь гипотеза, представляющая собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выводимых из нее некоторых следствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.

Таким образом, новое экспериментальное  естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение  систематически проверяются опытом и измерениями.

Новый крупный шаг в  развитии естествознания ознаменовался  открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением  движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571--1630) осмелился исследовать  движения небесных тел, вторгся в  область, которая раньше считалась  запретной для науки. Кроме того, для своего исследования он не мог  обратиться к эксперименту и поэтому вынужден был воспользоваться многолетними систематическим наблюдениями движения планеты Марс, сделанными датским астрономом Тихо Браге (1546--1601). Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса, как и других планет, является не окружность, а эллипс. Результаты наблюдений Тихо Браге соответствовали этой гипотезе и тем самым подтверждали ее.

Открытие законов движения планет Кеплером имело неоценимое значение для развития естествознания. Оно свидетельствовало, во-первых, о том, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти, поскольку все они подчиняются определенным естественным законам, во-вторых, сам путь открытия законов движения небесных тел в принципе не отличается от открытия законов земных тел. Правда, из-за невозможности осуществления экспериментов с небесными телами для исследования законов их движения пришлось обратиться к наблюдениям. Тем не менее и здесь исследование осуществлялось в тесном взаимодействии теории и наблюдения, тщательной проверке выдвигаемых гипотез измерениями движений небесных тел.

Формирование классической механики и основанной на ней механистической  картины мира происходило по двум направлениям:

1) обобщение полученных  ранее результатов и прежде  всего законов движения свободно  падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создание методов для  количественного анализа механического  движения в целом.

Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального  и интегрального исчисления непосредственно  для решения основных проблем  механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени  движения и ускорения как производной  от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря  этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон  всемирного тяготения. Теперь количественный подход к описанию движения кажется  чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием  научной мысли. Для сравнения  достаточно отметить, что китайская  наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных закономерностей движения. Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.

Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям  и эксперименту, видя в них важнейший  критерий для отделения ложных гипотез  от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля пытались объяснить многие явления и процессы природы.

Ньютон выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, -- было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые  Ньютон точно формулирует в своем  главном труде «Математические начала натуральной философии (1687 г.).

Первый закон, который  часто называют законом инерции, утверждает: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Второй основной закон  занимает в механике центральное  место: «Изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует».

Третий закон Ньютона: «Действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны».

Возникает вопрос: каким способом были открыты эти основные законы или принципы механики? Нередко говорят, что они получаются путем обобщения ранее установленных частных или даже специальных законов, какими являются, например, законы Галилея и Кеплера. Если рассуждать по законам логики, такой взгляд нельзя признать правильным, ибо не существует никаких индуктивных правил получения общих утверждений из частных. Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью двух противоположных, но в то же время взаимосвязанных методов - анализа и синтеза. Как в математике, так и в натуральной философии, - писал он, - исследование трудных предметов методом анализа всегда должно предшествовать методу соединения. Такой анализ состоит в производстве опытов и наблюдений, извлечении общих заключений из них посредством индукции и недопущении иных возражений против заключений, кроме полученных из опыта или других достоверных истин. Ибо гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основании опытов не является доказательством общих заключений, однако это лучший путь аргументации, допускаемый природой вещей, и может считаться тем более сильным, чем общее индукция... Путем такого анализа мы можем переходить от соединений к ингридиентам, от движений - к силам, их производящим, и вообще от действий - к их причинам, от частных причин - к более общим, пока аргумент не закончится наиболее общей причиной.

Таков метод анализа, синтез же предполагает причины открытыми  и установленными в качестве принципов: он состоит в объяснении при помощи принципов явлений, происходящих от них, и доказательстве объяснений.

Чтобы ясно оценить революционный  переворот, осуществленный Ньютоном в  механике и точном естествознании в  целом, необходимо прежде всего противопоставить его метод принципов чисто умозрительным построениям прежней натурфилософии и широко распространенным в его время гипотезам о «скрытых» качествах. О натурфилософском подходе к изучению природы уже было сказано, отметив, что в подавляющем большинстве такие взгляды были ничем не подкрепленными умозрениями и спекуляциями. И хотя в заголовке книги Ньютона тоже встречается термин «натуральная философия», в XVII и XVIII вв. он обозначал изучение природы, т. е. естествознание. Утверждение Ньютона, что гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, было направлено против гипотез о «скрытых» качествах, подлинные же гипотезы, допускающие экспериментальную проверку, составляют основу и исходный пункт всех исследований в естествознании. Как нетрудно догадаться, сами принципы тоже являются гипотезами глубокого и весьма общего характера.

При разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод, блестяще примененный  Евклидом при построении элементарной геометрии. Однако вместо аксиом он опирался на принципы, а математические доказательства отличал от экспериментальных, поскольку последние имеют не строго достоверный, а лишь вероятностный характер. Важно также обратить внимание на то, что знание принципов или законов, управляющих явлениями, не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними.

Что же касается причины  тяготения, то он считал ее раскрытие  делом дальнейших исследований.

Открытие принципов механики действительно означает подлинно революционный  переворот, который связан с переходом  от натурфилософских догадок и гипотез  о «скрытых» качествах и т. п. спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и опытом.

Поскольку в механике отвлекаются  от качественных изменений тел, постольку  для ее анализа можно было широко пользоваться математическими абстракциями и созданным самим Ньютоном и  одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом бесконечно малых. Благодаря этому  изучение механических процессов было сведено к точному математическому  их описанию.

Для такого описания необходимо и достаточно было задать координаты тела и его скорость, a также и  уравнение его движения. Все последующие  состояния движущегося тела точно  и однозначно определялись его первоначальным состоянием. Таким образом, задав  это состояние, можно было определить любое другое его состояние как в будущем, так и в прошлом. Выходит, что время не оказывает никакого влияния на изменение движущихся тел, так что в уравнениях движения знак времени можно было менять на обратный. Очевидно, что подобное представление было идеализацией реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с течением времени.

Следовательно, для классической механики и механистической картины  мира в целом характерна симметрия  процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Отсюда легко  возникает впечатление, что никаких  реальных изменений при механическом перемещении тел не происходит. Задав  уравнение движения тела, его координаты и скорость в некоторый момент времени, который часто называют начальным его состоянием, мы можем  точно и однозначно определить его  состояние в любой другой момент времени в будущем или прошлом.

Сформулируем характерные  особенности механистической картины  мира:

1. Все состояния механического  движения тел по отношению  ко времени оказываются в принципе  одинаковыми, поскольку время  считается обратимым.

2. Все механические процессы  подчиняются принципу строгого  или жесткого детерминизма, суть  которого состоит в признании  возможности точного и однозначного  определения состояния механической  системы ее предыдущим состоянием.

Согласно этому принципу, случайность целиком исключается  из природы. Все в мире строго детерминировано (или определено) предшествующими  состояниями, событиями и явлениями. При распространении указанного принципа на действия и поведение  людей неизбежно приходят к фатализму. Сам окружающий нас мир при  механистической картине превращается в грандиозную машину, все последующие  состояния которой точно и  однозначно определяются ее предшествующими  состояниями.

3. Пространство и время  никак не связаны с движениями  тел, они имеют абсолютный характер.

В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного, или  математического, пространства и времени. Такая картина напоминает представления  о мире древних атомистов, которые  считали, что атомы движутся в  пустом пространстве. Подобно этому  в ньютоновской механике пространство оказывается простым вместилищем движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния.

4. Тенденция свести закономерности  более высоких форм движения  материи к законам простейшей  его формы - механическому движению.

5. Связь механицизма с  принципом дальнодействия, согласно  которому действия и сигналы  могут передаваться в пустом  пространстве с какой угодно  скоростью.

В частности, предполагалось, что гравитационные силы, или силы притяжения, действуют без какой-либо промежуточной среды, но сила их убывает  с квадратом расстояния между  телами.

Все перечисленные и некоторые  другие особенности предопределили ограниченность механистической картины  мира, которые преодолевались в ходе последующего развития естествознания.

3. Электромагнитная картина мира.

Уже в прошлом веке физики дополнили механистическую картину  мира электромагнитной. Электрические  и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно  друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило  ученых искать эту связь и создать  единую электромагнитную теорию. Действительно, датский ученый Эрстед (1777-1851), поместив над проводником, по которому идет электрический  ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального  положения. Это привело ученого  к мысли, что электрический ток  создает магнитное поле. Позднее  английский физик Майкл Фарадей (1791- 1867), вращая замкнутый контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток. На основе опытов Фарадея и других ученых английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) создал свою электромагнитную теорию. Таким путем было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля. Одно из них было известно и во времена Ньютона и теперь называется гравитационным полем, а раньше рассматривалось просто как сила притяжения, возникающая между материальными телами. После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее, это была картина классической физики, которая изучала знакомый нам макромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в микромире. Здесь их ожидали новые необычайные открытия и явления.

4. 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).

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. Это явление, как известно, используется в фотоэкспонометрах, которыми пользуются 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 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 - представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля - волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн.

В 1925-1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи - микромире, была создана  новая волновая, или квантовая  механика. Последнее название и утвердилось за новой наукой.

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 инерциальных системах, т.е. системах отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все механические процессы происходят одинаковым образом, и поэтому их законы имеют ту же самую математическую форму. Наблюдатели в таких системах не заметят никакой разницы в  протекании механических явлений. В  дальнейшем принцип относительности  был использован и для описания электромагнитных процессов. Точнее говоря, 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, 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 впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой.

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления  о естественно-научной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взглянуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. С другой стороны, 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 (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. 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.

В каком отношении синергетический  подход находится 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 внимание на их взаимосвязь, взаимодействие и целостность.

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 процессы в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. Таким образом, 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. В целом же системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также системы статические.