Естествознание и современный мир

Естествознание  и современный мир.

     КСЕ – концепция, рассматривающая мир  с точки зрения основ.

     Естествознание  – наука о фундаментальных законах, природных явлениях и разнообразных свойствах объектов природы, позволяющий изучать многие фундаментальные процессы на уровне атомов, молекул, клеток.

     Все современные материалы и технологии являются объектами разработок ученых естествоиспытателей и, в свою очередь, мы являемся потребителями этих разработок. Руководитель должен ориентироваться  в вопросах естествознания, чтобы  выбрать перспективные направления  деятельности. Также естествознание учит, что нужно обновлять и  пополнять свой багаж знаний для  развития интеллектуального уровня и повышения компетенции.

     В настоящее  время идет интенсивное техногенное  развитие человечества. По последним  данным, на Земле сегодня существует не мене 10 млн. видов организмов, из которых описано около 2 млн. Однако из-за нарушения экологического равновесия 4-6 тыс. в год из них вымирает. Причем исчезнувших вид никогда не повторяется вновь (закон необратимости вида). Рядом с человеком живет до 600 видов микроорганизмов, и если их изъять, человек жить не сможет.

     Современную биосферу формируют микроорганизмы, которые на самом деле являются фундаментом жизни. Все многоклеточные – только небольшая надстройка над их миром. Человек лишь один из множества видов организмов в этой маленькой надстройке человечества, которая бессильна перед гигантской совокупностью микроорганизмов.

     Время существования человечества, теоретически, 600 млн. лет. В реальности - гораздо  меньше. Антропологические исследования показали, что наши предшественники гоминиды существовали 1-2 млн. лет. Homo sapiens существует 500 тыс. лет.

     Ежегодно  производиться 15-20 млн. машин, механизмов и т.п., образующих техногенную сферу. Новые технологии земледелия связаны с вынесением химических и биологических активных веществ, нарушающих состояние Земли. Разрушение озонового слоя и выпадение кислотных дождей также отрицательно сказывается на современном мире. Дифференциация и специализация обучения в экономически развитых странах не позволяет специалисту решить проблему комплексно.

     Причинами, указывающими на необходимость повышения  фундаментальной базы образования, являются кризисы (экономический, информационный и т.д.) а также национальные и  этнические конфликты.

     Знание  КСЕ поможет специалистам ознакомиться с конкретными естественно научными проблемами, тесно связанными с социальными, экономическими и др. задачами, от решения  которых зависит уровень жизни. Чтобы оценить, например, экономическую  эффективность, предлагаемые технологии, необходимо решить комплексную задачу, связанную, в том числе, и естественнонаучные аспекты.

     Современные экономически развитые государства, развивая наукоемкую базу, принимают законы, направленные на сохранение естественного  состояния природы. С помощью  новейших методик и приборов следят за толщиной озонового слоя и контролируют уровень различных загрязнений. Однако, невозможно в силу неопределенности предсказать каким образом та или иная технология отразиться в дальнейшем на окружающем мире. Пренебрежение подобными проблемами возникает из-за ограниченности мышления. Государственная политика в т.ч. и в РФ направляется на безопасность технологических процессов и сбережения энергии. Т.о. естествознание направлено не только на преобразование, но и на изучение и охрану природы.

     Естествознание  также тесно связано с наукой, которая подразделяется на фундаментальную и прикладную. Фундаментальные исследования имеют следующие характеристики, которые были даны в 50-е гг. ХХ в. Специальным комитетом США:

1. Исследование, которое не соотнесено не с одним конечным результатом.
2. Бесполезное решительно для всех.
3. Направленное на поиск нового знания.
4. Предпринятое только по желанию исследователя, который не в состоянии объяснить их цель.
5. Не нуждающееся в ограничениях секретности и не имеющее практического применения.

     Результаты  многих фундаментальных исследований никогда не найдут применения. К тому же они проводятся с большим превышением современных потребностей науки и общества в целом. В настоящее время в естествознании в основном проводятся теоретические исследования, а не экспериментальные. Это связано с применением дорогостоящего оборудования и стремления исследователей получить в первую очередь прикладные результаты. И з-за этого рождается множество теорий из-за теорий.

• Естественно-научное познание процесс постижения истинны.
• Естественно-науные и религиозные знания.

     Темпы развития науки в фундаментальных  областях естествознания ежегодно увеличиваются на 5-7%. Эта оценка учитывает количество научных статей, изобретений и т.п. За каждые 15 лет объем научной продукции увеличивается в e-раз, где е-основание натурального логарифма.

     Из  данной закономерности вытекают следующие выводы: за каждые 60 лет научная продукция увеличивается примерно в 50 раз и за последние 30 лет такой продукции создано в 6 раз больше чем за всю историю развития человечества. Поэтому настоящее время называют веком науки. В РФ численность научных сотрудников за время СССР выросло в 100 раз, т.к. тогда всем аспектам науки уделялось громадное значение. Подобное развитие науки не может продолжаться очень долго, т.к. в противном случае всё население земного шара стало научными сотрудниками.

     Дальнейшее  развитие науки продолжается за счет прогрессивных методов и технологий исследований, качества научной работы.

     С тех  пор как человечество стало познавать  окружающий мир, между знанием и незнанием всегда был промежуток, который занимали астрологи, колдуны, уфологии и т.д.

     Во  время кризиса резко увеличивается  поток антинаучной информации и возрастает интерес к ней. Это указывает на нездоровое состояние общества. На пути естественно научного познания законов и явлений природы возможны 2 ошибочных подхода:

     В первом отрицают все ранее известное  и предлагают новую теорию. Более  правильным здесь было бы расширить  рамки известных понятий, исходя из того, что известное сейчас лишь часть научного познания.

     Второй  подход рассматривает предлагаемые идеи в совершенно иной плоскости, что может привести к антинаучным тенденциям, либо когда гипотеза якобы легко доказывается научным экспериментом, но его никто не проводил.

     Глубокий  интерес ко всему неизвестному всегда вел человечество к великим открытиям и как побочное явление возникают ошибочные выводы. Это нормальный процесс, однако мировоззрение всегда должно основываться на фундаментальных научных знаниях.

Рациональная  и реальная картина мира. Естественно  научное и религиозное познание.

)Естественно-научные и религиозные знания.

     Рассматривая  мир с рациональной и иррациональной сторон, многие ученые признают, что  ограничения познания мира только с  точки зрения материализма закончилось  неудачей. К тому же религию нельзя отнести только к иррациональному, т.к. развиваясь в качестве науки она пытается со своей точки зрения объяснить картину мира. Немецкий философ Гегель, основоположник диалектики, сформулировал основные признаки науки:

1. Существование достаточного объема опытных данных.
2. Построение модели, систематизирующей опытные данные.
3. Возможность на основе модели предсказать факты, лежащие вне этих опытных данных.

     Современное определение науки:

     Наука – сфера человеческой деятельности, функция которой – выработка  и теоретическая систематизация объективных данных о действительности. Однако, в науке открытие могут осуществляться на основании теорий, которые пока не нашли подтверждения в практике. История знает примеры, когда выдвинутые гипотезы находили свое подтверждение через 4-5 сотен лет. Т.о., постулаты науки могут приниматься на веру как и религия.

     20 лет  назад возникла теория о том,  что можно на основе некой универсальной теории открыть тайны мироздания. Однако сейчас возникло мнение, что современная наука находится на таком уровне, благодаря которому ученые могут точно объяснить происхождение всего сущего. Те ученые, которые верят в Бога считают, что из хаоса вселенная сама по себе не смогла бы возникнуть. Противоположное высказывание: ”Т.к. есть закон, такой как гравитация, вселенная может и будет создавать себя из ничего. Самопроизвольное возникновение – вот причина почему существует нечто, а не ничто, почему существует вселенная, почему существуем мы”

     1992г.  впервые была обнаружена планета  у другой звезды и это делает  гораздо менее удивительным тот  факт, что Земля пригодна для  проживания людей.

     Сейчас  популярна Теория Всего или М-теория, которая должна объединить ныне существующие воззрения на мироздание из числа правдоподобных и объяснить как устроен окружающий мир и откуда он взялся.

     Несмотря  на неверие в Бога, многие ученые признают существование разумной жизни  за пределами Земли. Однако к контактам  с чужой цивилизацией относится  отрицательно, считая что Землю в этом случае колонизируют. Если люди не уничтожат сами себя, им лучше покинуть Землю, отправившись в начале на одну из планет солнечной системы, а затем и за ее пределы. Однако существуют ученые, которых исследования сделало глубоко религиозными люди. Они ссылаются на квантовый механизм неопределенности, который делает окружающий мир непредсказуемым в своем развитии и до конца необъяснимым. Они считают, что Бог управляет процессами мироздания, но способами настолько тонкими, что они не уловимы для современных ученых. Поэтому наука открывает дверь к осознанию божественного влияния без покушения на имеющиеся законы природы.

Естественно – научное познание как процесс постижения истины.

Достоверность научных познаний.

Истина  – предмет познания.

)Формы естественно - научного познания.

     Представление – это образы тех объектво, которые когда-то воздействовали на органы чувств человека, а потом восстанавливаются по сохранившимся в мозгу следам при отсутствии этих объектов.

     Научный факт.

     Вопрос  о том, существует или нет какое-либо исследование, может быть истолковано  как “да, нет, может быть, весьма вероятно”. Констатация бытия объекта – первая ступень познания. Чтобы она перешла в ранг научного факта, необходимо организовать полученный материал в стройную логическую систему аналогично кА их груды кирпичей возводят дом.

     Наблюдение  и эксперимент.

     Наблюдение  – планомерное преднамеренное восприятие, осуществляемое с целью выявить существенные свойства объекта познания и относится к активной форме деятельности. Эксперимент – метод или прием с помощью которого объект или воспроизводиться искусственно или ставиться в заранее определенные условия.

Эволюционная  теория.

       Жизнь – способ существования  белковых тел. Этой теории придерживаются  атеисты, другие же утверждают, что существует некая сверхъестественная  сила, которая управляет всеми  жизненными явлениями – витализм. Все фундаментальные законы природы  выполняются в живых системах. Однако, живые организмы подчиняются н только законам физики и химии. Живые системы характеризуются еще и осмысленностью, что заключается в различии восприятия мыслящими существами одного и того же явления.

     С древних  времен существует теория о постепенном  видоизменении живых форм. Однако до 19в господствующим было представление  о неизменности органического мира. Впервые теорию эволюции жизни на Земле в начале 19в попытался создать Ламарк. Он считал, что упражнения, которые заставляют делать окружающим мир видоизменяют одни органы и отбрасывает за ненужностью другие.

     Если  человек будет заниматься спортом  в течении жизни, то приобретет сильные мышцы и подтянутую фигуру. Если рассмотреть детей спортсменов, то они не обязательно будут такими же спортивными как и их родители и добьются их успехов. Однако, Ламарк утверждал, что детям передаются те признаки которые выработались у их родителей в результате упражнений.

     Следующий ученый,  который изучал вопросы целесообразности строения живого мира был Кювье, который утверждал, что все органы в организме взаимообусловлены. Он настолько развил свой метод, что по одному найденному зубу мог воспроизвести облик животного. Именно он показал внешний вид динозавров. Изучая вымерших животных, Кювье обнаружил, что останки одних видов находятся в одних геологических пластах, а другим пластам характерны совершенно другие организмы. Исходя из этого был сделан вывод, что животные погибали почти мгновенно в силу неизвестных причин, а на их место приходили другие. Также он открыл, что осадочные породы расположены не строго горизонтально, а с изломом, т.е. происходили гигантские катастрофы, которые уничтожали целые материки вместе с их обитателями.

     Родоначальником теории эволюции считается Ч. Дарвин, который стал заниматься этим вопросом вплотную в 1836г после возвращения  из кругосветного путешествия. Однако первым заговорил о теории эволюции путем естественного отбора англичанин Уоллис.

      Однако, крупные геологические катастрофы и следующие за ними массовые вымирания, координальным образом меняют ход  эволюции. Мэтью утверждал, что после  катастроф многие биологические  виды почти полностью уничтожаются, оставляя экологические ниши, которые  заполняются как новыми видами, так  и остатками старых, которые сумели приспособиться к новым условиям. Дарвин же влияние катастроф на эволюцию отрицал.

Современные средства естественнонаучных исследований. Ч.2 – Футурум.

     Ученые  разрабатывают вероятностные процессоры, молекулярные, биологические, оптические и квантовые компьютеры, которые  вскоре сменят современные машины. Для задач, связанных с вычислением  вероятностей, американские инженеры предлагают использовать процессоры, основанные на принципах байесовской  вероятности, позволяющие распределить нагрузку между узлами системы, увеличить  производительность и сократить  время выполнения поставленных задач.

     При таком подходе распределенная система  научно-исследовательского вычислительного  центра МГУ имеет максимальную производительность 420 ТФлопс, а самый быстродействующий процессор 24 ТФлопс.

     Все ближе тот момент, когда кремниевые процессоры перестанут справляться  с нагрузкой. Выход в концептуально  новых системах, неограниченных скоростью  электронов.

     1) В основе молекулярных компьютеров лежат бистабильные молекулы, которые могут находиться в двух устойчивых термодинамических состояниях, каждое из которых характеризуется своими химическими и физическими свойствами. Переводить их из одного состояния в другое можно при помощи света, тепла, электрических и магнитных полей. Благодаря малым размерам можно увеличить их количество на единицу площади. Другое достоинство – малое время отклика.

     2) Компьютеры, основанные на молекулах ДНК,  где роль логических вентилей  играет подборки цепочек ДНК,  образующие прочные соединения. При определенных сочетаниях  молекулы подавляли друг друга,  что соответствует нулю в двоичной  системе. Главное достоинство  этих компьютеров – работоспособность  в теле человека, позволяющих  осуществлять подачу лекарств  так, где это необходимо, моментально  производить идентификацию заболеваний.

     3) Фотонный  компьютер, свойства которого  в световых потоках, скорость  распространения которых выше  чем у электронов. К тому же  взаимодействие световых потоков  с нелинейными средами нелокализовано, а распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связей и создании параллельных архитектур. Его производительность около 1015 операций в секунду.

     4) Квантовый  компьютер, основанный на законах  квантовой механики. Для выполнения  операций используют не биты, а кубиты, которые могут одновременно находиться в нескольких состояниях, что позволяет производить гораздо больше вычислений.

     В РФ в казанской физико-техническом  институте с 2001г исследуют новые  твердотельные материалы, пригодные  для хранение кубитов. Трудности не только технические, но и экономические. В мире сегодня уже есть модель, работающая на двух кубитах. Это не тысяча, к которой стремятся ученые, однако он уже может найти множители, на которое разлагается число. С точки зрения информационной безопасности, как только будет построен квантовый компьютер все системы данных с открытым ключом рухнут, т.к. квантовый алгоритм позволяет быстро сломать все коды. На данный момент в Швейцарии существует квантовый интернет, протяженностью 100км, соединяющий Женеву и Цюрих . Достоинство сети в ее безопасности, т.к. при попытке прослушать трафик извне сигнал искажается, что сигнализирует принимающей стороне о попытке перехвата.  В ближайшие несколько лет фирма HP собирается представить компьютер, работающий на квантовых точках.

Эволюция  жизни.

     Эволюционная  теория положена в основу палеонтологии. Палеонтология – наука об ископаемых организмах. Первые следы органических остатков геологи обнаружили в древнейших отложениях, относящихся к протерозойской геологической эре, охватывающей 700 млн. лет. Тогда Земля была покрыта  почти сплошь океаном, в котором  обитали бактерии, простейшие водоросли, примитивные морские животные. Эволюция шла чрезвычайно медленно.

     В палеозойскую эру – 365млн. лет назад – образовались большие участки суши на которых появились наземные растения и особенно бурно развивались папоротники, которые образовывали гигантские дремучие леса. Морские животные эволюционировали в огромных панцерных рыб.

     В каменно-угольном периоде появились земноводные, а в персмком периоде, который начинал уже мезозойскую эру – 185млн лет назад – появились пресмыкающиеся, а затем и первые млекопитающие – сумчатые.

     Около 70млн лет назад наступила кайнозойская эра. Млекопитающие и птицы совершенствуются, в растительном мире главенствующая роль от хвойных переходит к цветковым. Сформировались виды животных и растений, которые обитают и сейчас.

     С возникновением человека наступил четвертичный или  антропологенный период. Обезьяны и впоследствии люди появились в Африке 39 млн. лет назад, потому что только там в районе современных Сахары и Ливии находили их окаменелые остатки. Однако в последние 16 лет стали и в Азии находить останки очень древних и мелких приматов. В Мьямне были обнаружены останки мелкого антропоида возрастом 45млн лет. Однако на африканский приоритет происхождения человека эти находки почти не повлияли. Большинство исследователей считают, что даже если в Азии и были древние антропоиды, то они там и вымерли.

     Однако  французские палеонтологи нашли  в Ливии останки нескольких видов  антропоидов, возраст которых 38-39млн  лет, причем самый крупный из них  весил менее 500 грамм. По мнению палеонтологов  это указывает на азиатское происхождение  первых предков человека. Эти мыши-обезьяны долго обитали в Азии, а затем  что-то случилось и они мигрировали, где буйно расплодились, стали  быстро эволюционировать, постепенно увеличиваясь в размерах и захватывая новые территории.

     Исследования  показывают, что 50 – 100тыс лет назад  наши предки анатомически не отличались от нас самих, в том числе и  в таком важном аспекте как  объем мозга. Предположительно, человечество достигло состояния при котором отбор несет стабилизирующую функцию лишь отсеивая особо неудачные отклонения от найденного оптимального состояния. В простейшем определении, эволюция – процесс изменения частот аллелей популяции с течением времени.

     Аллели  – разные варианты одного и того же гена, распложенного в одинаковых участках парных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака. В геноме конкретного  человека обычно содержится 2 аллеля. Каждая половая клетка содержит 1 аллель и при слиянии половых клеток новый организм наследует по одному аллелю от каждого родителя. Мутации изменяют структуру исходного аллеля и исследования последних лет нашли несколько примеров эволюции современного человека:

1. Высотная болезнь.
2. Малярия.
3. Непереносимость лактозы.