Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Чем отличается естественно - научная культура от гуманитарной

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия

Имени академика Д.Н. Прянишникова»

«Кафедра ботаники и генетики»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Концепции современного естествознания»

Выполнила: студентка 1 курса

Факультета заочного обучения

По специальности

«Финансы и кредит»

Кирова Ирина Валентиновна

Шифр ФКУ- 11-3818

Проверила: Ларькина

Татьяна Павловна

Пермь 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Чем отличается естественно - научная культура от гуманитарной?......3

2. Что такое геоцентрическая и гелиоцентрическая модели устройства мира?.................................................................................................................5

3. Приведите формулировку принципа относительности для законов механики?.................................................................................................................9

4. Как классифицирует современная наука элементарные частицы?.......11

5. Фундаментальные законы сохранения энергии?....................................14

6. Назовите основные направления в развитии учения о составе веществ?..................................................................................................................16

7. Возможности современной химии и химии будущего?.........................18

8. Охарактеризуйте кратко эволюцию Вселенной……………………….22

9. Что является предметом исследования генной инженерии?.................26

10. Опишите основные трофические (пищевые) связи в экосистемах….28

1. Естественно - научная и гуманитарная культуры

Наука является важнейшим элементом духовной культуры людей. Традиционно принято разделять всю имеющуюся научную информацию на два больших раздела — на естественно - научную, в которой объединяют знания об окружающей природе, и на гуманитарную (от лат. humanitas — человеческая природа), в которую включают знания о человеке, обществе и духовной жизни людей. Для естественных наук предметом исследования являются объекты, вещи природы, в сфере гуманитарных наук предметом исследований являются события, субъекты.

Различия между естественно - научными и гуманитарными знаниями заключаются в том, что естественно - научные знания основаны на разделении субъекта (человека) и объекта (природы, которую познает человек-субъект), а гуманитарные имеют отношение прежде всего к самому субъекту. В природе действуют объективные, стихийные и независимые от человека процессы, а в обществе ничего не совершается без сознательных целей, интересов и мотиваций.

Методы исследований в естествознании исторически сформировались раньше, чем в гуманитарных науках. В истории научных познаний неоднократно делались попытки перенести естественно - научные методы целиком и полностью, без учета соответствующей специфики, в гуманитарные науки. Такие попытки не могли не встретить сопротивления и критики со стороны гуманитариев, изучавших явления социальной жизни и духовной культуры. Зачастую такое сопротивление сопровождалось полным отрицанием естественно - научных методов познания для исследования социально-культурных и гуманитарных процессов.

Возникновение новых общенаучных и междисциплинарных направлений исследования, значительное влияние научно-технической революции способствовали в современной науке снятию былой конфронтации между естествоиспытателями и гуманитариями и использованию методов естествознания гуманитариями и наоборот. В настоящее время зачастую социологи, юристы, педагоги и другие специалисты-гуманитарии применяют такие междисциплинарные методы, как системный подход, идеи и методы кибернетики, теории информации, математического моделирования, теории самоорганизации и другие методы в своих исследованиях.

Таким образом, изучение основных концепций современного естествознания студентами гуманитарных и социально-экономических специальностей представляется необходимым как для применения естественно - научных методов в своей деятельности гуманитариями, так и для того, чтобы иметь четкое представление о научной картине мира, выработанное современным естествознанием.

2. Геоцентрическая и гелиоцентрическая модели устройства мира

Классическую форму теории эпициклических движений придал александрийский астроном Клавдий Птолемей (II в. н. э.) в своем знаменитом сочинении "Альмагест". В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой заданный момент времени. Это сочинение дает стройную теорию планетных движений, но исходит из неверного принципа неподвижности Земли в центре мира. Это была логически стройная кинематическая схема Вселенной, которая, несмотря на ложность своих теоретических основоположений давала удовлетворительное описание основных особенностей видимого движения небесных тел. В историю науки она вошла как геоцентрическая система мира.

В Средневековье надолго затормозилось развитие науки. Системы мира Аристотеля и Птолемея были признаны согласными с религиозной идеологией. Основа христианской религии — тезис искупления (пришествие на Землю бога для спасения людей) гармонировал с представлением об исключительном положении Земли как центра мира. Некоторый подъем астрономической науки в Средние века нужно отметить у арабов, народов Средней Азии и Кавказа. Труды Птолемея вместе с другими древними астрономическими источниками послужили отправной точкой для ряда усовершенствований геоцентрической системы мира, разработанной средневековыми учеными и философами, в особенности Ибн Хайсамом (известным в Европе под именем Альхазена) и Ибн Шатиром, принадлежавшим к астрономической школе Насир эд Дина Туси (XII в.).

Аль-Батани (по прозванию Альбатегниус — 850-929 гг. н. э.) заново и точнее определил и проверил многие из результатов Гиппарха и Птолемея. Великому хорезмскому ученому Абу-Райхану Бируни (972-1048 гг. н. э.) принадлежит определение размеров Земли по углу понижения горизонта с вершины горы. Он же выразил мнение о возможности движения Земли вокруг Солнца. Соорудив обсерваторию с весьма точными для того времени измерительными инструментами, талантливый самаркандский астроном Улугбек (Мухаммед Тарагай — внук известного завоевателя Тамерлана) составил новый каталог звезд — первый самостоятельный после Гиппарха и более точный: положения звезд даны в нем не только в градусах, но и в минутах дуги.

В Средние века в научно-философской среде мусульманского Востока и христианского Запада предметом особого обсуждения стал вопрос о физической реальности птолемеевских эпициклов и деферентов. По мнению Абу Райхана Бируни, эпициклы и деференты имеют вполне реальное физическое существование. В то же время другой крупный представитель научно-философской мысли Средневековья Ибн Рушд (Аверо-эс), хотя и допускал, что эпициклы и деференты сами по себе нужны для расчета и предсказания положения планет, вместе с тем оспаривал мнение, согласно которому эпициклы и деференты существуют внутри реального космоса в актуально-физическом смысле.

Значительным шагом вперед было геологическое учение Ибн Сины (Авиценны). Впервые в истории науки он открыл закон последовательности залегания осадочных пород (500 лет спустя его вновь открыл датский естествоиспытатель Николаус Стено). Это открытие послужило отправным пунктом для формулировки Авиценной более общей научной концепции — учения об эволюции земной коры. К идее эволюции независимо от Ибн-Сины пришел также его современник Абу Райхан Бируни. Это учение имело огромное мировоззренческое значение вследствие того, что идея постоянного изменения земной поверхности резко противоречила религиозному постулату о единовременном и совокупном творении всего космоса и его пребывании в дальнейшем в вековечном, абсолютно неизменном состоянии. Между Ибн Синой и Бируни дискутировалась также проблема существования изолированных миров. Согласно Бируни, вполне допустимо, что "другой мир обладает теми же природными свойствами, что и наш мир, но только эти свойства созданы таким образом, что направления движения в нем отличаются от направлений движения в нашем мире и что каждый из этих миров отделен от другого некой преградой. Судя по аргументации, приведенной Ибн Синой против такой постановки вопроса о множественности миров, его прежде всего волновала проблема существования пустоты и связанный с ней вопрос о физической природе преграды, отделяющей эти миры друг от друга. Бируни же допускал возможность существования других миров иной природы, отделенных некой преградой от нашего мира. У различных ученых начинают намечаться попытки нового подхода к объяснению небесных явлений, пока, наконец, польский мыслитель Николай Коперник не сделал великого шага к созданию нового мировоззрения, давшего толчок мощному развитию астрономии как науки. Основой возникновения всех этих новых идей является грандиозный хозяйственный переворот. Великое свое творение Коперник изложил в книге "Об обращениях небесных сфер", появление которой относится к 1543 г., т. е. к году смерти Коперника, и составляет результат многолетних его работ. Геоцентрическая система Птолемея с течением времени усложнялась, ибо повышенные требования к точности астрономических вычислений делали необходимым увеличение количества дополнительных окружностей (эпициклов, деферентов), чтобы согласовать систему с Землей в центре и вращающимися вокруг нее по окружностям планетами с наблюдаемыми движениями этих планет. Ко времени Коперника число деферентов и эпициклов возросло до 56 и имело тенденцию расти дальше. Уже в античности многие мыслители не были удовлетворены такой сложной "неестественной" конструкцией. Один из них считал, что эпициклы — всего лишь умственные построения, созданные для "спасения явлений", и что пути планет на самом деле являются сложными и неравномерными, другие вообще полагали, что сложные пути планет — всего лишь видимость, что за ней находится некая непознанная глубинная сущность.

Вместе с тем громоздкость птолемеевской системы не позволяла давать точных данных о движении Солнца и Луны, а это в свою очередь тормозило реформу юлианского календаря. Вселенная Птолемея значительно упростилась бы, если принять, что в центре ее находится не Земля, а Солнце. Чтобы произвести такой революционный шаг, понадобился гениальный ум Николая Коперника, создавшего гелиоцентрическую систему мира. В ее основе лежали следующие утверждения:

1. В центре мира находится Солнце.

2. Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении и вращаются вокруг одного из своих диаметров.

3. Это движение происходит по круговым орбитам.

4. Оно является равномерным, т. е. скорости движения планет по круговым орбитам постоянны.

Полемизируя с аргументами Аристотеля и Птолемея, Коперник отмечает, что "вращается не только Земля вместе с соединенной с ней водной стихией, но и немалая часть воздуха и все, что состоит в каком-либо родстве с Землей". Не следует удивляться и тому, что смещение звезд при движении Земли не замечено. Ведь "размеры мира столь велики, что хотя расстояние от Земли до Солнца имеет достаточно большие размеры по сравнению с размерами сферы любой планеты, оно тем не менее неощутимо мало по сравнению со сферой неподвижных звезд". Поэтому «легче принять это допущение, чем ломать голову над бесконечным множеством сфер…»

Учение Коперника произвело настоящую революцию не только в астрономии, но и во всем человеческом мировоззрении. Коперник стер грань между "земным" и "небесным".

3. Формулировка принципа относительности для законов механики.

Теория относительности была первой физической теорией, которая радикально изменила взгляды ученых на пространство, время и движение. Если раньше пространство и время рассматривались обособленно от движения материальных тел, а само движение независимо от систем отсчета т.е. как абсолютное, то с возникновением специальной теории относительности было твердо установлено:

• всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат;

• пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

• специальная теория относительности показала, что одинаковость формы законов механики для всех инерциальных систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

• при обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

Общая теория относительности отказывается от такого ограничения, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу: все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

Именно благодаря воздействию тел с большими массами происходит искривление путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира. В специальной теории относительности абстрагируются от действия гравитационных полей и поэтому ее выводы оказываются применимыми лишь для небольших участков пространства времени.

Концепцию относительности, лежащую в основе общей и специальной физической теории, не следует смешивать с принципом относительности наших знаний, в том числе и в физике. Если первая из них касается движения физических тел по отношению к разным системам отсчета, т.е. характеризует процессы, происходящие в объективном, материальном мире, то вторая относится к росту и развитию нашего знания, т.е. касается мира субъективного, процессов изменения наших представлений об объективном мире. Не подлежит сомнению, что между этими процессами существует связь, и сами физики признают, что возникновение теории относительности повлияло на характер мышления ученых.

К сожалению, принцип относительности в физике был использован некоторыми западными философами для защиты философского релятивизма, суть которого сводится к отрицанию объективно истинного содержания в нашем знании. Раз наши принципы и теории меняются, значит, заявляют релятивисты, в них не содержится никакой истины и поэтому сама истина объявляется соглашением ученых, удобным средством для классификации фактов, экономным описанием действительности и т. п. Даже предварительное знакомство с результатами физической теории относительности показывает явную несостоятельность философского релятивизма.

4. Как классифицирует современная наука элементарные частицы?

Элементарные частицы в точном значении этого термина – первичные, неделимые частицы, из которых состоит вся материя. Понятие “элементарная частица” трансформировалась по мере развития знаний о строении материи. На рубеже 19 – 20 веков мельчайшей частицей вещества (т.е. элементарной частицей) считался атом (по-гречески atomos - ”неделимый”). В дальнейшем выявилась сложная структура атома, состоящего из ядра и электронов. В свою очередь ядра, как оказалось, также являются сложными структурами и состоят из протонов и нейтронов. В настоящее время считается, что протоны и нейтроны также состоят из более элементарных частиц – кварков. В строгом смысле именно кварки в настоящее время должны считаться элементарными частицами. Однако в современной физике термин “элементарные частицы” употребляется не в своем точном значении, а менее строго – для наименования большой группы мельчайших частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами, т.е. объектами заведомо составной природы. В эту группу входят протон (p), нейтрон (n), фотон (g ), p - мезоны и другие частицы – всего более 350 частиц, в основном нестабильных. Очевидно, что при наличии такого большого числа элементарных частиц возникает необходимость их классификации.

В основу всякой классификации должен быть положен какой-то признак. Элементарные частицы принято классифицировать в основном по двум признакам: 1) по способности к различным видам взаимодействия; 2) по массе.

Виды взаимодействия элементарных частиц

Различные процессы с элементарными частицами заметно различаются по интенсивности их протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц можно разделить на четыре класса: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью, оно приводит к самой сильной связи элементарных частиц. Именно сильное взаимодействие обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает устойчивость ядер. Потому сильное взаимодействие называют также ядерным.

Электромагнитное взаимодействие осуществляется через электрическое поле. Очевидно, что это взаимодействие возможно только между электрически заряженными телами. Электромагнитное взаимодействие заметно слабее сильного (ядерного). Именно это взаимодействие обуславливает связь электронов с ядром в атоме и атомов в молекуле.

Слабое взаимодействие вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Примером процесса, обусловленного слабым взаимодействием, является бета-распад, а примером элементарной частицы, способной только к слабому взаимодействию, может служить нейтрино. Именно крайне малой интенсивностью слабого взаимодействия объясняется тот факт, что нейтрино свободно пронизывают толщу Земли и Солнца, не испытывая при этом поглощения.

Гравитационное взаимодействие является универсальным, оно наблюдается между любыми материальными телами, но в микромире оно не играет существенной роли. По сравнению с остальными тремя взаимодействиями оно пренебрежимо мало.

Интенсивность различных взаимодействий по сравнению с сильным распределяется следующим образом:

сильное ~ 1

электромагнитное ~ 10-2 … 10-3

слабое ~ 10-10 … 10-14

гравитационное ~ 10-38 … 10-40

По способности к тому или иному виду взаимодействия все элементарные частицы делятся на два класса: адроны и лептоны. Адроны способны ко всем четырем взаимодействиям, лептоны не испытывают сильного взаимодействия.

Кроме способности к различным взаимодействиям, элементарные частицы имеют другие характеристики, прежде всего массу, время жизни, спин, электрический заряд. По массе все частицы делятся на тяжелые – адроны, средние – мезоны, легкие – лептоны. По времени жизни частицы делятся на стабильные (время жизни t ® ¥ ), квазистабильные (t > 10-20 с) и нестабильные (t = 10-23 …10-24 с). Например, время жизни протона t > 1030 лет, электрона - t > 1021 лет, нейтрона ~ 1000 с.

Спин может быть целым или полуцелым кратным величине. Например, спин p - мезона равен 0, протона, нейтрона, электрона - ½, фотона – 1.

Электрический заряд является целым кратным величине е = 1,6.10-19 Кл (элементарный электрический заряд).

Помимо указанных величин, элементарные частицы характеризуются еще рядом квантовых чисел. Все лептоны имеют лептонный заряд L, равный +1 для лептонов, -1 для антилептонов и 0 для всех остальных частиц. Все барионы имеют барионный заряд B, равный +1 для барионов, -1 для антибарионов и 0 для всех остальных частиц. У фотона B = 0 и L = 0.

Кроме барионного и лептонного зарядов элементарные частицы могут иметь еще три квантовых числа: “странность” S, “очарование” c и “красоту” b. Для обычных частиц S = 0, c = 0, b = 0, для “очарованных” частиц c¹0, для “красивых” частиц b¹0.

Квантовые числа элементарных частиц разделяются на точные, которые связаны с физическими величинами, сохраняющимися во всех процессах, и неточные, для которых соответствующие физические величины в некоторых процессах не сохраняются. Точными квантовыми числами являются: электрический заряд q, лептонный заряд L и барионный заряд B, спин. Странность S, очарование c и красота b – неточные квантовые числа, они сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабом взаимодействии.

5. Фундаментальные законы сохранения энергии

Закон сохранения энергии считается одним из наиболее фундаментальных законов природы. Он утверждает, что в изолированной системе количество энергии не должно изменяться, хотя она может переходить из одной формы в другую. Под различными формами энергии понимаются: механическая, тепловая, электромагнитная и другие. Ниже нами будет показано, что все формы энергии представляют собой энергию механического движения, то есть движения материи в пространстве.

Под законом сохранения энергии можно также понимать равный обмен энергиями взаимодействующих материальных объектов: насколько один объект потеряет энергии, настолько второй приобретет ее.

Закон сохранения энергии прошел долгий и трудный путь становления в борьбе с законом сохранения количества движения. Еще Р.Декарт (1596–1650) утверждал, что в природе остается неизменным количество движения, под которым он понимал произведение величины тел на скорости их движения, так как понятие массы тогда еще не было.

В противовес Декарту Лейбниц (1646–1716) утверждал, что в природе должна сохраняться только “живая сила”, под которой он понимал энергию движения тел, то есть кинетическую энергию.

Затем Ю.Р.Майером (1814–1878) и Дж.П.Джоулем (1818–1889) была установлена связь между механической и тепловой энергией в виде механического эквивалента теплоты. После этого закон сохранения энергии стал применяться ко всем существующим видам взаимодействий, он даже стал как бы пробным камнем справедливости любой физической теории: если этот закон не выполняется, то с теорией что-то не в порядке. Нарушение закона сохранения энергии послужило поводом для открытия нейтрино и гамма-излучения при радиоактивном распаде.

Однако, несмотря на его всеобщность, закон сохранения энергии не имеет твердого обоснования и является, по сути дела, эмпирическим законом. В настоящее время считается доказанным, что закон сохранения энергии в соответствии с теоремой Нетер является следствием однородности времени. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Под однородностью времени понимается то обстоятельство, что течение физических процессов не зависит от выбора начального момента времени, то есть законы движения будут иметь один и тот же вид как в прошлом, так и в будущем. Поэтому теорема Нетер представляет чисто математический прием, не отражающий реальные обстоятельства взаимодействия материальных объектов, а только чисто формально позволяющий установить связь между физическими понятиями, но не реальную зависимость одного понятия от другого.

То же самое можно сказать и об однородности пространства, из которой, якобы, следует закон сохранения импульса. Под однородностью пространства понимается то, что любая точка в пространстве может быть взята за начало отсчета инерциальной системы координат и течение физического процесса в ней от этого не изменится. Но если пространство представляет собой геометрическое понятие, то о какой же его однородности можно говорить?

Таким образом, понятие однородности, так же как и изотропности, можно отнести только к материальным объектам, характеризующим отдельные их свойства, но никак ни ко времени, ни к пространству. Кстати, это прекрасно понимают современные ученые: “… установленная физикой XX в. взаимосвязь между законами сохранения и свойствами пространства и времени не означает, естественно, что законы сохранения являются следствием свойств пространственно - временной симметрии нашего мира в том смысле, что пространство и время как бы порождают законы сохранения. Если бы это было действительно так, то это означало бы, что фундаментальные свойства материи порождаются пространством и временем”.