РЕФЕРАТ 
 
 

Дисциплина: Концепции современного естествознания 
 
 

Естествознание  в XXI веке 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Естествознание  — неотъемлемый компонент культуры, определяющий мировоззрение человека. Научное мировоззрение обеспечивает восприятие достижений науки обществом и устойчивость к манипуляциям общественным сознанием. Рациональный метод, сформировавшийся в рамках естественных наук, проникает и в гуманитарную сферу, и в общественную жизнь. Он существенно дополняет художественный метод познания действительности. [2, c.19]

     В 70-е годы ХХ в. шли философские  споры о системном подходе  наук к своим объектам. Такой подход требовался в общественных науках, которые перешли к рассмотрению сложных, многоуровневых систем. Облик естествознания менялся в общекультурном и историческом контекстах.

     Современная научная картина мира отличается сложностью рассматриваемых систем. Так, с помощью ЭВМ решаются задачи, которые не могли быть решены четверть века назад. Оказалось, что в сложных системах вдали от равновесия могут возникать из хаоса упорядоченные состояния. Хаос стал выступать созидательным началом, конструктивным и обязательным механизмом эволюции. В настоящее время обществу необходимо решать сложные задачи выхода из многочисленных кризисов, причем пути выхода не должны быть катастрофическими, фактически — это задачи балансировки между рисками и безопасностью. Проблемы выбора стратегии связывают с нелинейной динамикой, разработавшей различные пути перехода от хаоса к порядку. Явления самоорганизации начали изучаться в естествознании, экологии, экономике. Будущие специалисты во многих областях должны получить представление о современной научной картине мира.

     В течение последних трех столетий естествознание развивалось невероятно динамично. Горизонт научного познания расширился поистине до фантастических размеров.

     Целью работы – исследовать особенности развития естествознания в XXI веке

     Для осуществления данной цели необходимо выполнить следующие задачи:

• определить основные тенденции развития концепций естествознания;
• рассмотреть основные положения теории синергетики;
• отразить сущность современного экологического кризиса.

     Объектом  исследования является концепция научного естествознания.

     Предмет исследования – особенности развития естествознания в XXI веке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Тенденции развития естествознания в XXI веке

     В начале XXI в. естествознание, по-видимому, вступило в новую историческую фазу своего развития — на уровень постнеклассической науки.

     В современном обществе значительно возросла роль науки. На основе научного знания рационализируются, по сути, все формы общественной жизни. Как никогда близки наука и техника. Наука стала непосредственной производительной силой общества. По отношению к практике она выполняет программирующую роль. Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало, роль человеческого фактора во всех формах деятельности.

     Вместе  с тем радикально изменяется и  сама система научного познания. Размываются четкие границы между практической и познавательной деятельностью. В системе научного знания проходят интенсивные процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины мира, выделяются новые типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой.

     Для постнеклассической науки характерно выдвижение на первый план междисциплинарных, комплексных и проблемно ориентированных  форм исследований. В определении  познавательных целей науки все  чаще начинают играть решающую роль не внутринаучные цели, а внешние для науки цели — цели экономического, социального, политического, культурного характера. Объектами современных междисциплинарных исследований становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием.

     Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами, так как с течением времени они формируют новые уровни своей организации, изменяют свою структуру, характеризуются принципиальной необратимостью процессов и т.п. Среди таких систем особое место занимают природные комплексы, в которые включен человек (объекты экологии, медико-биологические объекты, объекты биотехнологии, системы человек — машина и др.).

     Становление постнеклассической науки связано  с изменением методологических установок естественно-научного познания:

• формируются особые способы описания и предсказания возможных состояний развивающегося объекта — построение сценариев возможных линий развития системы (в том числе и в точках бифуркации);
• идеал построения теории как аксиоматическо-дедуктивной системы все чаще сочетается с созданием конкурирующих теоретических описаний, основанных на методах аппроксимации, компьютерных программах и т.д.;
• все чаще применяются методы исторической реконструкции объекта, сложившиеся в гуманитарном знании;
• исследование развивающихся объектов требует изменения стратегии эксперимента: результаты экспериментов с объектом, находящимся на разных этапах развития, могут быть согласованы только с учетом вероятностных линий эволюции системы; в первую очередь это относится к системам, существующим лишь в одном экземпляре, — они требуют особой стратегии экспериментального исследования, поскольку нет возможности воспроизводить первоначальные состояния такого объекта;
• нет свободы выбора эксперимента с системами, в которые непосредственно включен человек;
• изменяются представления классического и неклассического естествознания о ценностно нейтральном характере научного исследования — современные способы описания объектов (особенно таких, в которые непосредственно включен человек) не только допускают, но даже предполагают введение аксиологических факторов в содержание и структуру способа описания (этика науки, социальная экспертиза программ и др.). [3, c.90]

     Есть  основания считать, что по мере развития науки все эти современные особенности естественно-научного познания будут проявлять себя еще более контрастно и очевидно. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Теория самоорганизации (синергетика)

     Вопрос  о возникновении из обычного сложного считается в науке одним из самых сложных. Только во второй половине XX в. наука стала осваивать сложные системы теоретически. В данной связи возникла особая наука, синергетика, теория самоорганизации сложных систем.

     Синергетика - современная теория самоорганизующихся систем, основанная на принципах целостности мира, общности закономерностей развития всех уровней материальной и духовной организации; нелинейности (многовариантности, альтернативности) и необратимости, глубинной взаимосвязи хаоса и порядка, случайности и необходимости. [1, c.171]

     Для систем, имеющихся в естественной природной среде, характерны устойчивость относительно внешних действий, возможность  к самоусложнению, развитию, росту, самообновляемость и согласованность  всех составных частей. Для систем же, являющихся творением рук человеческих, свойственны такие черты, как резкое ухудшение функционирования даже при сравнимо маленьком изменении внешних действий либо ошибках в управлении.

     При этом сам собой напрашивается  вывод: необходимо позаимствовать опыт построения организации, скопленный природой, и употреблять его в нашей деятельности. Отсюда вытекает одна из задач синергетики: выяснение законов построения организации, возникновения упорядоченности. В различие от кибернетики тут упор делается не на действиях управления и обмена информацией, а на принципах построения организации, её возникновении, развитии и самоусложнении.

     Вопрос  о возникновении из обычного сложного считается в науке одним из самых сложных. Только во второй половине XX в. Наука стала осваивать сложные системы теоретически. В данной связи возникла особая наука, синергетика, теория самоорганизации сложных систем. Слово «синергетика» древнегреческого происхождения, в переводе на российский язык значит «сотрудничество, совместное действие». Как видно, лингвистический смысл слов различный, но их концептуальный смысл одинаков, так как синергетика - новое направление междисциплинарных исследований, предметом которых являются процессы самоорганизации в открытых системах химической, биологической, физической, экологической и другой природы. Термин «синергетика» ввел в научный обиход английский физиолог Ч.С. Шеррингтон более ста лет назад. Ценность в разработке системы понятий, описывающих механизмы самоорганизации, взаимоподобные процессы развития в мире, принадлежит германскому физику Г. Хакену, бельгийскому ученому российского происхождения, лауреату Нобелевской премии И. Пригожину, русским ученым С.П. Курдюмову, М.В. Волькенштейну, Ю.А. Урманцеву и др.

     Предложенный  Г. Хакеном, этот термин акцентирует  внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как одного целого. Рассмотрим изюминка синергетики как науки. В различие от большинства новейших наук, возникавших, как правило, на стыке двух ранее существовавших и характеризуемых проникновением способа одной науки в предмете другой, синергетика возникает, делая упор не на граничные, а на внутренние точки разных наук, с которыми она имеет ненулевые пересечения: в изучаемых синергетикой системах, режимах и состояниях физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и каждый из них, применяя способы собственной науки, обогащает общий запас идей и способов данной науки. Эту изюминка синергетики подробно охарактеризовал Хакен: «Данная конференция, как и все предыдущие, показала, что меж поведением совсем разных систем, изучаемых различными науками, есть поистине удивительные аналоги. С данной точки зрения данная конференция служит еще одним примером существования новой области науки - cинергетики. [4, c.197]

     Очевидно, cинергетика существует не сама по себе, а связана с другими науками по крайней мере двояко. Во-первых, изучаемые Синергетикой системы относятся к компетенции разных наук. Во-вторых, остальные науки привносят в Синергетику свои идеи». Итак, синергетика как наука делает первые шаги, и существует сходу не в одном, а в нескольких вариантах, различающихся не лишь наименованиями, но и степенью общности и упорами в интересах.

     Имея  дело с открытыми (имеющими источники  и стоки энергии) нелинейными  системами, синергетика утверждает, что мир возникает в итоге самопроизвольных и самоорганизующихся устройств. В их базе лежит единая симметрия форм в живой и неживой природе. К примеру, спирали Галактики и циклона подобны спирали раковины улитки, рогов животных. Есть общность структуры Вселенной и живой природы, урбанизации и географического распределения населения и т.П.

     Синергетика объясняет, почему образуются конкретно  эти структуры. Она доказывает положение, согласно которому подобные структуры  являются структурами эволюционными. Функциональная общность действий самоорганизации систем, их устойчивость поддерживается законами ритма (день - ночь, подъем - спад в творческой активности человека, в экономике и т.п.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Сущность современного экологического кризиса

     Экология  — цикл научных отраслей, изучающих взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. В этот цикл входят: общая экология, изучающая основные принципы строения и функционирования различных надорганизменных систем — популяций, биоценозов, биогеоценозов и биосферы, частные экологии, изучающие конкретные биоценозы или биогеоценозы (например, экология млекопитающих, гидробиология, агроэкология и др.). В 1970-х гг. в цикле экологических наук выделилась экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия человеческого общества и окружающей среды. Современная экология — сложная междисциплинарная и комплексная система познания, включающая в себя методы, понятия и принципы как естествознания (биологических, геологических, химических, физических наук), математики, так и социально-гуманитарного знания, философии.

     Начиная со средины XX в. рост потребностей человека и его производственной активности привел к тому, что масштабы возможного воздействия человека на природу  стали соизмеримыми с масштабами глобальных природных процессов. В результате труда человека создаются каналы и новые моря, исчезают болота и пустыни, перемещаются огромные массы ископаемых пород, синтезируются новые химические материалы. Преобразующая деятельность современного человека распространяется даже на дно океана и космическое пространство. Однако все возрастающее влияние человека на окружающую среду порождает сложные проблемы в его взаимоотношениях с природой. Неконтролируемая и непредсказуемая деятельность человека стала оказывать отрицательное воздействие на ход природных процессов, вызывать резко негативные необратимые изменения как окружающей среды, так и биологической природы самого человека. Это касается буквально всей среды — атмосферы, гидросферы, недр, плодородного слоя; гибнут животные и растения, разрушаются и исчезают биоценозы и биогеоценозы; растет заболеваемость людей. При этом неуклонно увеличивается численность населения земного шара [1]. Вывод напрашивается сам собой: человечество неумолимо идет к экологической катастрофе — истощению энергетических, минеральных и земельных ресурсов, гибели биосферы, а возможно, и самой человеческой цивилизации. Поэтому возникла необходимость защиты среды обитания человека от его же воздействия на нее. [4, c.33]

     По  прогнозам, к 2012 г. она составит 11 млрд человек, а примерно в 2025 г., согласно новейшим синергетическим математическим моделям, ожидается «режим с обострением», когда рост населения (пропорциональный не числу численности, а квадрату численности) резко устремится к бесконечности. Конечно, в реальности он не будет бесконечным, но в любом случае, если не будут приняты какие-то меры, глобальная демографическая ситуация может полностью выйти из-под контроля.

     Итак, современная цивилизация находится  в состоянии глубочайшего экологического кризиса. Это не первый экологический кризис в истории человечества, но он может стать последним.

     Исчезновение  растительных и животных видов, видового многообразия, генофонда флоры и  фауны Земли, причем животные и растения исчезают, как правило, не в результате их непосредственного истребления человеком, а вследствие изменения среды обитания. С начала 1980-х гг. ежедневно вымирает один вид животных, а еженедельно — один вид растений. Вымирание угрожает тысячам видов животных и растений. Под угрозой исчезновения находится каждый четвертый вид земноводных, каждый десятый вид высших растений. А каждый из видов является неповторимым, уникальным результатом эволюции, протекавшей много миллионов лет.

     Человечество  обязано сохранить и передать потомкам биологическое разнообразие Земли, и не только потому, что природа прекрасна и восхищает нас своим великолепием. Есть еще более значимое основание: сохранение биологического разнообразия является непременным условием жизни самого человека на Земле, поскольку устойчивость биосферы тем выше, чем больше составляющих ее видов.

     Исчезновение  лесов (особенно тропических) со скоростью  несколько десятков гектаров в минуту. Это влечет за собой, в частности, эрозию почв (почвы — продукт  сложного и длительного взаимодействия живой и косной материи), уничтожение верхнего плодородного слоя земли, опустынивание Земли, которое происходит со скоростью 44 га/мин.

     Кроме того, леса — главные поставщики кислорода в атмосферу посредством  фотосинтеза. В настоящее время баланс прихода и расхода кислорода отрицательный. За последние 100 лет концентрация кислорода в воздухе снизилась с 20,948 до 20,8%, а в городах даже ниже 20%. Уже 1/4 суши лишена естественного растительного покрова. Большие площади коренных биогеоценозов заменены вторичными, более упрощенными и однообразными, с заметно пониженной продуктивностью. Растительная биомасса глобально уменьшилась примерно на 7%. [2, c.189]

     Под сильным сельскохозяйственным воздействием находится около 50% поверхности суши, причем каждый год не менее 300 тыс. гектаров сельскохозяйственных земель поглощается урбанизацией. Площадь пашни в расчете на одного человека из года в год сокращается (даже без учета роста населения).

     Истощение природных ресурсов. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд т различных пород. Для жизнедеятельности одного человека в современной цивилизации в год необходимо 200 т различных твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и 1000 Вт энергии превращает в продукты своего потребления. При этом человечество живет за счет не только эксплуатации ресурсов современной биосферы, но и невозобновляемых продуктов былых биосфер (нефть, уголь, газ, руды и т.п.). По самым оптимистическим оценкам, существующих запасов таких природных ресурсов человечеству хватит ненадолго: нефти примерно на 30 лет; природного газа на 50 лет; угля на 100 лет и т.д. Но и возобновляемые природные ресурсы (например, древесина) становятся невозобновляемыми, поскольку условия их воспроизводства коренным образом изменяются, они доводятся до крайнего истощения или полного уничтожения, т.е. все природные ресурсы на Земле конечны.

     Непрерывный и бурный рост энергетических затрат человечества. Расход энергии (в ккал/сутки) на одного человека в первобытном  обществе был примерно 4000, в феодальном обществе — около 12 000, в индустриальной цивилизации — 70 000, а в развитых постиндустриальных странах достигает 250 000 (т.е. выше в 60 раз и более, чем у наших палеолитических предков) и продолжает возрастать. Однако этот процесс не может продолжаться долго: атмосфера Земли разогревается, что может иметь самые непредсказуемые неблагоприятные последствия (климатические, географические, геологические и др.).

     Загрязнение атмосферы, воды, почвы. Источником загрязнения  атмосферы являются прежде всего предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт, сжигание мусора, отходов и др. Их выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов, пыль. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд т СО2; 300 млн т СО₂; 50 млн т оксидов азота; 150 млн т SO₂; 4—5 млн т Н₂S и других вредных газов; более 400 млн т частиц сажи, пыли, золы.

     В природе за счет жизнедеятельности  растений и животных происходит непрерывный  круговорот углерода. В ходе его углерод из органических соединений постоянно переходит в неорганические, и наоборот. На круговорот углерода существенное влияние оказывает сжигание топлива. При этом в атмосферу выбрасывается такое огромное количество углекислого газа и пыли, что это может привести к изменению климата на Земле. Углекислый газ атмосферы свободно пропускает на Землю излучение Солнца, но задерживает излучение Земли, результатом чего является так называемый парниковый эффект — слой углекислого газа играет ту же роль, что стекло в теплице. Поэтому увеличение содержания СО₂ в атмосфере (в настоящее время на 0,3% в год) может стать причиной потепления на Земле, привести к таянию полярных льдов и вызвать катастрофическое повышение уровня Мирового океана на 4—8 м.

     Увеличение содержания в атмосфере SO₂ обусловливает образование «кислотных дождей», вызывающих рост кислотности водоемов, гибель их обитателей. Под губительным действием оксидов серы и азота разрушаются строительные материалы, памятники архитектуры. Из-за переноса воздушных масс на большие расстояния (трансграничные переносы) опасное повышение кислотности водоемов распространяется на большие площади.

     Выхлопные газы автотранспорта наносят огромный урон жизнедеятельности животных и  растений. Составные части выхлопных газов автомобилей — оксид углерода, оксиды азота, оксид серы, соединения свинца, ртути и др. Оксид углерода СО (угарный газ) взаимодействует с гемоглобином крови в 200 раз активнее кислорода и снижает способность крови быть переносчиком кислорода. Поэтому даже при незначительных концентрациях в воздухе угарный газ оказывает вредное воздействие на здоровье (вызывает головную боль, снижает умственную деятельность). Оксид серы вызывает спазмы дыхательных путей, оксиды азота — общую слабость, головокружение, тошноту. Содержащиеся в выхлопных газах соединения свинца — очень токсичного элемента — действуют на ферментные системы и обмен веществ, свинец накапливается в пресной воде. Один из опаснейших загрязнителей — ртуть, накапливаясь в организме, она отрицательно действует на нервную систему.

     Загрязнение гидросферы. Вода широко, хотя и не повсеместно, распространена на нашей планете. (Общий  запас воды около 1,4 10¹⁸ т. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах. На долю пресной воды приходится только 2%.) В природных условиях осуществляется постоянный круговорот воды, сопровождающийся процессами ее очистки. Вода выносит огромные массы растворенных веществ в моря и океаны, где происходят сложные химические и биохимические процессы, способствующие самоочищению водоемов.

     Вместе  с тем вода широко применяется  во всех областях хозяйства и в  быту. В связи с развитием промышленности, ростом городов расход воды постоянно  увеличивается. Одновременно усиливается  загрязнение воды промышленными  и бытовыми отходами: ежегодно в водоемы сбрасывается около 600 млрд т промышленных и бытовых стоков, свыше 10 млн т нефти и нефтепродуктов. Это приводит к нарушению естественного самоочищения водоемов. Промышленные сточные воды, содержащие ядовитые вещества, в частности соединения токсичных металлов, а также растворенные в сточных водах минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы, наносят огромный урон живым организмам в водоемах. Кроме того, удобрения (особенно нитраты, фосфаты) вызывают бурное разрастание водорослей, засоряют водоемы и способствуют их гибели. Загрязняются не только поверхностные и подземные воды суши, но даже Мировой океан (ядовитыми и радиоактивными веществами, солями тяжелых металлов, сложно-органическими соединениями, мусором, отходами и т.п.).

     Радиоактивное загрязнение окружающей среды в  результате ядерных испытаний, аварий на предприятиях ядерной энергетики (Чернобыльская катастрофа 1986 г.), накопления радиоактивных отходов.

     Все эти негативные тенденции, а также  безответственное и неправильное использование достижений цивилизации оказывают губительное влияние на организм человека и создают еще один комплекс экологических проблем—медико-генетический. Учащаются известные ранее заболевания и появляются совершенно новые, ранее не известные. Сложился целый комплекс «болезней цивилизации», порожденных научно-техническим прогрессом (возрастание темпа жизни, количества стрессовых ситуаций, гиподинамия, нарушение питания, злоупотребление фармацевтическими препаратами и др.) и экологическим кризисом (особенно загрязнением среды мутагенными факторами); глобальной проблемой становится наркомания.

     Масштабы  загрязнения природной среды  настолько велики, что естественные процессы метаболизма и разбавляющая деятельность атмосферы и гидросферы не в состоянии нейтрализовать вредное воздействие производственной деятельности человека. В результате способность к саморегуляции складывавшихся миллионы лет (в ходе эволюции) систем биосферы подрывается, а сама биосфера разрушается. Если этот процесс не остановить, то биосфера просто умрет. А вместе с ней исчезнет и человечество.

     К сожалению, в массовом, обыденном  сознании нет достаточного понимания  остроты сложившейся ситуации. Люди по-прежнему живут и действуют  в убеждении, что природная среда  неограниченна и неисчерпаема. Они удовлетворяются своим временным благополучием, ближайшими целями и немедленным благом, а возникшие экологические угрозы не воспринимают всерьез, относя их в далекое будущее. Люди мало задумываются о том, в каких природных условиях будут жить их потомки (причем даже не далекие, а уже внуки и правнуки), и позволят ли эти условия вообще выжить человеку. Жертвовать своими потребностями человечество мало расположено.  
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     Таким образом, в данной работе проведено  исследование особенностей развития естествознания в XXI веке. В результате были получены следующие выводы:

     1) в современном обществе значительно  возросла роль науки;

     2) новые информационные технологии  и средства вычислительной техники,  достижения генной инженерии  и биотехнологии обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни;

     3) для постнеклассической науки  характерно выдвижение на первый  план междисциплинарных, комплексных  и проблемно ориентированных  форм исследований;

     4)  в современном естествознании получила развитие наука синергетики. Под синергетикой следует понимать теорию самоорганизации сложных систем, характерными чертами которых являются взаимодействие их частей, открытость, нелинейность, наличие колебаний, качественных конфигураций, вновь появившихся (эмерджентных) свойств, структур-аттракторов, той либо другой степени упорядоченности, наличие нестабильностей;

     5) в начале XXI столетия, когда человечество переживает чрезвычайно сложный период угрожающего разрастания глобального экологического кризиса и необходимо заботиться о ее нейтрализации и ликвидации, переходить к новой политике природопользования и новой философии жизни, Внедрять новые технологии, реализовывать новые программы нужно постепенно, осторожно, с учетом уже допущенных ошибок и возможностей их исправления с использованием мирового опыта. Новое общество обязано принимать далеко идущие решения, которые обеспечивают долгосрочное постоянство развития. В ближайшие 20—30 лет на человечество ожидают огромные трудности, и есть надежда, что они будут преодолены: уже делаются первые попытки предотвратить разрастание экологического кризиса, появляется первый позитивный опыт реализации новой экологической политики, все больше стран переводят проблему охраны природы с ранга сохранения биосферы в ранг самых приоритетных, актуальных, таких, что нуждаются в немедленном решении. Пример этого — всплеск природоохранной активности во всем мире за последние 20 лет — от поражающих докладов Римского клуба и судьбоносных международных экологических форумов до выработки десятков локальных, региональных и международных программ сохранения и возобновления природных ресурсов, ландшафтов, территорий и акваторий, развития экологического воспитания и образования, появление многочисленных экологических материалов в средствах массовой информации, возникновения сотен «зеленых движений» и организаций во всех уголках мира.