ВВЕДЕНИЕ

1. Общие представления о предмете “Концепции современного

2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

3. Научный метод в изучении окружающего мира. Методы освоения,

накопления и распространения достижений современного естество-

знания на примере практики военной деятельности.

4. Основные сведения об измерении величин в естественных науках.

Общие представления о дисциплине “Концепции

современного естествознания”.

Современное естествознание образуется из та-ких областей научного знания, как

■ физика, химия, физическая химия, механика;

■ география, геология, минералогия;

■ метеорология, астрономия, астрофизика, астрохимия;

■ биология, ботаника, зоология, генетика;

■ анатомия и физиология человека, —

и многих-многих других, изучающих нашу планету, ближний и дальний Кос-мос, твердое вещество, жидкости и газы, живое вещество и человека как про-дукта природы.

Невозможно назвать всех ученых, внесших в развитие естествознания наиболее весомый вклад, но нельзя говорить о естествознании, не вспоминая таких гениев, как Г. Галилей, И. Ньютон, Р. Декарт, М. В. Ломоносов, Ч. Дар-вин, Г. Мендель, М. Фарадей, Д. И. Менделеев, В. И. Вернадский.

Ниже описываются основные концепции современного естествознания. Как известно, под термином «концепция» понимается система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов или единый, определяющий замысел, веду-щая мысль какого-либо произведения.

Цель КСЕ - ознакомить студентов с естествознанием, как составной частью культуры , с его основополагающими принципами и концепциями, сформировать целостный взгляд на мир, проявляющийся как единство природы, человека, общества.

Для достижения сформулированных в программе целей в учебном пособии нашли отражение следующие аспекты. Рассмотрена характеристика диалектической взаимосвязи естественной и гуманитарной составляющих культуры. Изложены основы научного познания окружающего мира, классифицированы научные методы его исследования. Приведены сведения об измерении величин в естественных науках. Мотивирована необходимость изучения КСЕ с целью формирования представлений современной картины мира.

Описаны этапы зарождения рационального познания как методологии изучения мира, которое происходило в результате диалектической борьбы различных научных и религиозных направлений. Изложены основные сведения о научных картинах мира и их сути. Результатом развития методов научного познания стала диалектическая неразрывность экспериментальных и теоретических исследований.

Рассмотрена эволюция естественнонаучной картины мира на основании трудов Исаака Ньютона, получившая название механистической.

Следующим этапом развития естественнонаучных знаний явилось множество открытий в химии живого и биологии. В рамках последней зародились и сформировались эволюционные представления, вошедшие в будущем в естествознание, как неотъемлемая часть теории развития.

Открытие в XVIII -XIX веках электрических и магнитных полей привело к развитию электромагнитной картины мира, решающая роль в которой принадлежит теории близкодействия . С открытием же атома и его строения наука, в частности, физика, пережила последнюю и самую бурную революцию. К началу XX века накопилось большое количество фактов, необъяснимых с точки зрения электромагнитной картины мира. Необходимо было построить новую, получившую название современной. Она неразрывно связана с квантовой механикой, теорией относительности, а также с последними достижениями генной инженерии и проч.

Разобраны принципиальные концепции современной научной картины мира, к которым относятся - системный метод исследований, принцип глобального эволюционизма, теория самоорганизации или синергетика. Основываясь на этих концептуальных особенностях можно представить основные тенденции развития современного мира, рассмотреть панораму современного естествознания.

Показывается, что исходя, из масштабов наблюдателя можно рассматривать любые объекты материальной природы либо с позиций корпускулярной, либо с позиций континуальной концепции описания природы. Принципиальной разницы здесь не наблюдается, хотя, безусловно, проявляется один из глобальных законов философии “о переходе количества в качество”.

Осуществляется переход к изучению соотношения порядка и беспорядка в природе. Даны определения хаоса и его меры - энтропии. Обсуждены модели и механизмы порядка и хаоса, рассмотрена их связь с уровнем энергии материальной системы.

Основываясь на системном подходе в науке, выделены три уровня организации материи. Рассмотрен микромир с точки зрения современной картины мира, проявление в нем корпускулярно-волнового дуализма. Макромир описан с позиций классического естествознания, согласно которому материя существует в виде вещества и поля. Выяснена системная организация мегамира.

Изложены основные сведения о пространстве и времени. Показано, что структура пространства и времени определяется распределением масс материальных объектов и зависит от скорости их движения. Выражением законов симметрии в мире является связь пространства и времени с основными законами естествознания - законами сохранения. Введены понятия биологического, психологического, социального пространства и времени.

Рассматриваются фундаментальные взаимодействия. Формируются представления о частицах, осуществляющих взаимодействия, о константах связи. Приведены характеристики взаимодействий с точки зрения радиуса действия, интенсивности, источника и рассмотрены примеры конкретных проявлений.

Сконцентрировано внимание на концепциях дально- и близкодействия, законах сохранения. Разобраны примеры их проявления в различных областях естествознания.

Далее рассмотрены базовые принципы физической картины мира, к которой относятся принцип относительности, неопределенности, дополнительности, суперпозиции, симметрии. Сконцентрировано внимание на тесной взаимосвязи изложенных принципов и таких атрибутов материи как время, пространство, масса, энергия. Изложены основные представления теории относительности Эйнштейна. Раскрыт смысл принципа неопределенности Гейзенберга и принципа дополнительности. Приведены конкретные примеры проявления принципа суперпозиции в электродинамике, волновых процессах, квантовой механике и даже в гуманитарной области знаний.

Рассмотрено понятие состояния, динамические и статистические закономерности в природе.

Изложены базовые, фундаментальные законы природы и на их основе объяснены свойства и поведение сложных многоатомных систем. Приведены конкретные примеры функционирования различных систем и проявление для них такого важного понятия естествознания как точка бифуркации. Понимание рассмотренных фундаментальных законов естествознания позволяет перейти к изучению синергетических представлений о низкоорганизованной материи.

Изложенным материалом утверждается, что в значительной степени происходящие изменения в окружающем мире связаны с химическим взаимодействием элементов или образованных из них комплексов, то есть, обусловлено химическими процессами. Для вступающих во взаимодействие веществ реакционная способность определяется строением или структурой образующих их элементов. Именно характером строения вступающих в реакции веществ определяются свойства получаемых в результате. Сформулированы концептуальные уровни познания в химии. Показано, что самоорганизация и эволюция таких сложных биологических систем как человек возможна именно благодаря осуществлению широкого круга химических реакций. Далее формируются представления о звездах, звездных системах, определены их основные характеристики. Даны представления о Вселенной и рассмотрены модели ее происхождения. На основании теории глобального эволюционизма сконцентрировано внимание на происхождении и развитии Солнечной системы. Изложены основные сведения о внутреннем строении и истории геологического развития Земли, сформированы современные концепции развития геосферных оболочек. Представлены научные знания о литосфере как биотической основе жизни. Показано, что ряд факторов делает Землю особой планетой Солнечной системы. При этом гидросфера - колыбель жизни, а мировой океан - “геохимический реактор”. Значительное внимание уделено изучению экологических функций литосферы. Выделено два основных направления экологии и раскрыты их задачи. Приведены основные сведения о географической оболочке Земли и ее параметрах. Географическая оболочка Земли позволяет определять координаты любой точки поверхности, понимать механизмы формирования климата, рассчитывать высоты и глубины, фиксировать время происходящих событий. Изложены основы научных знаний об особенностях биологического уровня организации материи, сформулировано понятие клетки и определены ее основные свойства. Рассмотрены колебательные и волновые процессы, их характеристики. На основе этих представлений проанализированы процессы жизнедеятельности организмов и сделан вывод об их цикличности. Показано что многообразие живых организмов обеспечивает стабильность и устойчивость геобиоценозов.

Рассмотрены естественнонаучные гипотезы происхождения жизни. Показаны возможные пути ее развития и выделены предпосылки возникновения. Представленный материал позволяет считать Землю особым объектом Солнечной системы, где было возможно появление живых существ.

На основе современных материалистических представлений, прежде всего о естественном отборе, сформулированы гипотезы происхождения человека. Выделены группы черт связывающих его с животным миром, и представлены характерные отличия.

Составлена линия родословной человека.

На основе палеонтологической информации главными факторами, сделавшими человека социальным существом, являются совместная добыча еды, наличие огня, труд, членораздельная речь.

Соответственно с принципом глобального эволюционизма показано, что развитие живых организмов и их групп подчиняется законам генетики. Ее базовыми положениями являются представления о мутации, наследственности, популяции. Выделены основные положения синтетической теории эволюции. Даны краткие представления о здоровье, работоспособности и эмоциях человека и факторах их определяющих. Продемонстрировано влияние космических циклов на биосферу Земли и процессы в ней. В частности, показано суточное, сезонное и другое влияние на жизнь людей, в том числе и военнослужащих. Сформировано представление по ноосфере, на основании которого намечены пути возможного развития окружающего мира и человечества. Приведенные примеры показывают важность осторожного обращения с природой в части проблем биоэтики, которые в свою очередь связаны с принципом необратимого развития материи. Этот же принцип приводит к тому, что такой параметр материи как время тоже необратим.

Представлены сведения о самоорганизации в неживой природе, полученные на основе представлений о замкнутых системах.

Показано, что время их существования ограничено за счет возрастания энтропии. На основе синергетических представлений об открытых системах показано, что они могут поддерживать постоянным или даже снижать уровень энтропии за счет обмена с внешней средой веществом, энергией, информацией. Развитие живого при этом идет благодаря наличию флуктуаций и положительной обратной связи. Показано что процессы самоорганизации и самоусложнения происходят при нарушении симметрии в системах, т.е. когда они находятся вдали от равновесия.

Изложенный материал позволяет подтвердить осуществление удачной попытки представления окружающего мира с позиций единой культуры через возникновение таких дисциплин как КСЕ, создание сети “Internet” и проч.

Для самостоятельной работы студентов над темами предмета предлагаются, прежде всего, базовые учебные пособия, имеющиеся в библиотеке университета. Кроме этой литературы, существуют и другие учебники, которые можно использовать при подготовке к семинарским занятиям или экзамену. Наиболее полно соответствуют программе курса учебники следующих авторов: С.Г.Хорошавиной, В.Н.Лавриненко, С.Х.Карпенкова, Г.И.Рузавина,

На лекциях необходимо конспектировать излагаемый преподавателем материал, с выделением определений, законов, основных рисунков и диаграмм. Необходимо оставлять поля для внесения дополнений и пояснений в процессе самостоятельной работы. Желательно перечитывать материал в день записи и отмечать в нем неясное.

При подготовке к семинарам следует усвоить основные положения материала лекций. Уровень усвоения можно оценить по вопросам, приводимым в конце лекции или по вопросам к семинару. Вопросы, не помеченные знаком (*) являются обязательными для понимания. Те же, что отмечены этим знаком, подразумевают более глубокое их изучение и могут быть представлены в виде сообщения или доклада на семинарских занятиях. Подготовка к экзамену подразумевает фундаментальную проработку теоретического материала курса, а также записей семинарских занятий, выбор из материала того основного, что вошло в вопросы экзаменационных билетов.

На лекционных и семинарских занятиях будет рассмотрена история возникновения науки: сначала как суммы знаний человечества об окружающем мире, достаточно разрозненных, хаотических (древний Египет, Китай, Месопотамия, Индия), а затем осуществлен переход к системе знаний в рамках философии (натурфилософии) Аристотеля, к этапам становления современной науки (зарождение и развитие научных методов) от Коперника до Эйнштейна и современной космологии.

К созданию естественных наук (начиная с конца 18 века): физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, психологии и др. привела дифференциация знаний о природе, связанная с выделением исследуемых явлений, процессов, выработкой методов их изучения и в связи с общностью полученных результатов. В настоящее время попытки представить мир как единое целое , выявить наиболее общие закономерности Вселенной выразились в создании обобщенной, интегративной науки - естествознания. Одной из главных ее задач является стремление сделать глубокие философские, методологические выводы об универсальности действия всеобщих законов эволюции, о системной организации и самоорганизации окружающего мира. Вместе с принципом историчности они позволяют говорить об объективном восприятии, понимании того мира, в котором мы живем, уяснении целей и смысла существования нашей цивилизации.

В целом курс КСЕ затрагивает такие темы: эволюция естественнонаучная картина мира (историю естествознания); современная научная картина мира; основные современные космологические представления; основные гипотезы происхождения жизни и человека; место человека во Вселенной, место науки в современном мире и прогнозирование ее развития и др.

К наиболее общим понятиям курса относятся:

Концепция (от латинского Conceptio) употребляется в смысле:

а) система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов;
б) единый, определяющий замысел, ведущая мысль какого-либо произведения, научного труда и т.д.

Естествознание - система знаний о природе; раздел науки, который изучает окружающий нас мир таким, как он есть, в его естественном состоянии, существующий независимо от человека.

Наука - система знаний о явлениях и процессах объективного мира и человеческого сознания, их сущности и законах развития; наука как социальный институт есть сфера деятельности людей, в которой вырабатываются и систематизируются научные знания о явлениях природы и общества.

Концепциями естествознания - называют результаты научных исследований выраженных в виде научных теорий, законов, моделей, гипотез, эмпирических обобщений.

Достижения естественных наук являются составной частью общечеловеческой культуры, поэтому «Концепции современного естествознания» это такой учебный курс, который должен показать роль и значение естествознания в понимании окружающего мира, в осознании места человека в этом мире, в формировании научной картины мира.

В наше время стало модой говорить о законах природы и общества. Применительно к природе это, строго говоря, неверно. Природа не знает законов. Это мы придумываем их, пытаясь хотя бы как-то систематизировать происходящее. Термин “закон природы” следует понимать в том смысле, что природные явления повторяемы и, следовательно, предсказуемы. Как бы-то ни было, повторяемость природных явлений дает возможность науке формулировать законы, которые принято называть законами природы. В их исследовании человечество руководствуется некоторыми чрезвычайно общими принципами, облегчающими процесс изучения природных явлений.

Один из наиболее общих естественнонаучных принципов - принцип причинности , утверждающий, что одно природное явление порождает другое, являясь его причиной.

Существование цепочки причинно-следственных связей позволяет иногда сделать выводы общего характера. Так, опираясь только на непрерывность цепочки причин и следствий, немецкий судовой врач Роберт Майер сумел сформулировать закон сохранения и превращения энергии, являющийся фундаментальным законом современного естествознания.

Обратите внимание на то, что вопрос “почему”, строго говоря, неправомерен. Мы не знаем и, по-видимому, никогда не узнаем конечной причины ни одного природного явления. Правильнее было бы спрашивать “как”. Какой закономерностью описывается данное явление?

Наука в своем развитии работает над выявлением все более и более глубоких причин природных явлений. Этот процесс дает теологам основание утверждать, что в конечном итоге научный процесс должен привести к определению конечной причины, т. е. Бога, и в этом пункте наука и религия сольются.

Другим общим принципом является принцип Кюр и. Он назван по имени того самого Пьера Кюри, который вместе со своей женой Марией Склодовской — Кюри открыл химический элемент радий. Кроме этого Пьер Кюри за свою недолгую жизнь сделал еще довольно много научных открытий. По-видимому, важнейшим из них является принцип Кюри.

Представьте себе некоторое качество А. Например, электрический заряд или, скажем, рыжий цвет волос, или еще какое-нибудь качество. Вряд ли оно будет равномерно распределено в пространстве. Вероятнее всего в пространстве будет существовать градиент (Градиентом скалярной функции называют вектор, направленный в сторону скорейшего возрастания этой функции. Величина градиента равна производной от этой функции, взятой по направлению ее скорейшего возрастания) этого качества.

Принцип Кюри утверждает, что если существует градиент некоторого качества А, то неизбежно возникнет перенос этого качества в сторону его недостачи, причем поток качества А, т. е. его количество, переносимое через единичную площадку в единицу времени, пропорционален величине этого градиента.

Представьте себе пространственное распределение товара под названием лавровый лист в нашей стране. Максимум его приходится, конечно же, на субтропические зоны Кавказа, а минимум его, что вполне естественно, приходится на районы Крайнего Севера. Налицо градиент лаврового листа. Согласно принципу Кюри существование такого градиента приведет к возникновению переноса лаврового листа с районов Кавказа на Север.

Существует огромное число эмпирических законов из области физической и химической кинетики от закона Ома и до классического уравнения диффузии, являющихся следствиями принципа Кюри. Мне кажется, что экономистам следует очень внимательно отнестись к этому принципу. Ясное его понимание позволит избежать массы ошибок.

Чрезвычайно продуктивным в научном отношении является уже упоминавшийся ранее принцип двойственности (дополнительности) . Он основан на двойственной природе познания. Вы, наверное, уже обратили внимание на существование парных понятий, совместно определяющих взаимоисключающие стороны целого. Выделение таких частей является существенной частью процесса познания.

Описывая что бы то ни было, мы прибегаем к абстракции — выделению сторон изучаемого, важных в данном отношении. Несущественные стороны обычно опускаются из рассмотрения. В дальнейшем, если выбранная абстракция оказывается плодотворной, она замещает исходное представление об изучаемом явлении. При этом отброшенные стороны явления опускаются из рассмотрения, даже если они являются весьма существенными.

Принцип двойственности

Принцип двойственности предписывает нам при описании чего бы то ни было одновременно рассматривать две взаимоисключающие стороны. В зависимости от обстоятельств более существенной может оказаться одна из них. В других обстоятельствах важнее окажется другая. Если, пытаясь решить какую-нибудь задачу, вы встретились с непреодолимыми трудностями — попробуйте подход, основанный на альтернативных представлениях. Весьма вероятно, что он окажется удачным.

Кто из вас скажет, что такое свет? В школе вам объясняли, что это электромагнитная волна. Это представление принято в классической парадигме и в общем неплохо описывает свойство света. Однако, как вы знаете, свет состоит из отдельных частиц — фотонов. Без этого представления невозможно объяснить фотоэффект, эффект Комптона и многое другое. Так что же такое свет — это волна или поток частиц? При изучении свойств света допустима и та и другая абстракция. Согласно принципу двойственности избежать ошибок в описании возможно, проводя и то и другое описание параллельно

Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции утверждает, что результат воздействия на материальную систему двух факторов может быть представлен в виде суперпозиции (наложения) воздействия каждого из этих факторов, действующих независимо друг от друга. В этом принципе неявно предполагается, что при наложении факторы не возмущают друг друга. Принцип обладает меньшей степенью общности, чем принцип Кюри. Однако во многих случаях оказывается весьма полезным.

Принцип симметрии

Принцип симметрии основан на изначальных представлениях об однородности и изотропности пространства. Предполагает инвариантность природных процессов к преобразованиям симметрии. Основываясь на принципе симметрии, Эмми Нетер показала, что основополагающие физические законы сохранения энергии и импульса (количества движения) являются следствием однородности и изотропности пространства.

Принцип симметрии использует интуитивное представление о полном равноправии правого и левого. Тем более удивительной должна показаться вам “левая” ориентированность живой природы. Вам, по-видимому, известно, что молекулы многих природных соединений закручены наподобие пружины. Такую закрученную структуру имеет, например, сахар или входящий в ваши организмы холестерин. Спиральную структуру имеют многие ферменты растительного и животного происхождения. Если получать такие соединения путем химического синтеза, то в полном соответствии с принципом симметрии получается примерно одинаковое количество молекул, закрученных по правой и по левой спирали. Так вот, все живое на нашей планете состоит из молекул, закрученных по левой спирали. Обратите внимание, что и сердце у вас смещено влево, а не вправо. Почему это так, науке еще предстоит выяснить. Пока же отметим, что принцип симметрии, сколь бы соблазнительно очевидным он ни выглядел, является весьма и весьма ограниченным.

Еще более ограниченным, хотя от того и не менее плодотворным является принцип подобия. Согласно этому принципу после известного преобразования уравнения, описывающие подобные системы, оказываются одинаковыми.

Возьмем, к примеру, так называемые малые колебания. Оказывается, что после некоторых математических преобразований колебание груза, подвешенного на ниточке, и электрического тока в колебательном контуре могут быть описаны одним и тем же уравнением. Принцип подобия удается применить, увы, не всегда. Однако, если в процессе своей практической деятельности вы сумели обнаружить подобие между какими-то группами явлений, — считайте, что успех вам обеспечен.

Принцип относительности

Согласно принципу относительности не существует абсолютного движения. А следовательно, не существует и абсолютного пространства, абсолютного времени и т. п. Этот принцип подразумевает, что протекание природных процессов не зависит от того, какую точку зрения занимает наблюдатель, их описывающий. Был выдвинут Альбертом Эйнштейном в качестве одной из основ частной теории относительности. Оспаривался многими учеными. В настоящее время прочно вошел в инертное ядро современной научной парадигмы.

Прямым следствием принципа относительности является принцип инвариантности законов природы к преобразованиям системы отсчета, в которой они были сформулированы. Принцип инвариантности утверждает, что вид основных уравнений, описывающих природные явления, не зависит от преобразования координат и времени, входящих в эти уравнения.

В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания». Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания (А. П. Садохин) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .

Глава 3. Естествознание: его предмет, структура и история становления

3.1. Предмет и структура естествознания

Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира – природа, общество и человек – изучается отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество» – природа и «знание» – знание о природе.

В современном употреблении термин «естествознание» в общем виде обычно обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе как едином целом. В этом качестве оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна естественная наука. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и обозначало тогда всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят еще глубже, в Древнюю Грецию времен Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Сегодня существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания. Первое утверждает, что естествознание – наука о природе как единой целостности, второе – что это совокупность наук о природе, рассматриваемой как целое. На первый взгляд эти определения различны. На самом деле различия не так велики, так как под совокупностью наук о природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.

Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Его спецификой является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу «сверху». Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становятся формулировки основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

При рассмотрении вопроса о структуре науки нами было отмечено, что она представляет собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание является не менее сложной системой, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является опорой для следующей за ней науки и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.

Фундаментом всех естественных наук, бесспорно, служит физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика – учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика исторически стала первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются статика, изучающая условия равновесия тел; кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения; динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил. Механика – это физика макромира, зародившаяся в Новое время. В ее основе лежит статистическая механика (молекулярно-кинетическая теория), изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц.

Следующей ступенькой иерархии является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается легко. Еще на школьных уроках химии говорится о строении химических элементов, их электронных оболочках; это – пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

В свою очередь химия составляет основу биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (растительный мир), зоологию (мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма, цитология – живую клетку, гистология – свойства тканей, палеонтология – ископаемые останки жизни, генетика – проблемы наследственности и изменчивости.

Науки о Земле являются следующей ступенькой структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.

Завершает грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, исследующие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике, что позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, отражающем, очевидно, одно из важнейших свойств самой природы.

Структура естествознания не ограничивается вышеназванными науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки – выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

3.2. История естествознания

В истории развития человеческой цивилизации становление научного знания под воздействием разных факторов и причин прошло длительный путь. Соответственно естествознание, будучи составной частью науки, имеет такую же сложную историю. Его нельзя понять, не проследив историю развития науки в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени, современное естествознание ХХ в.

Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называемый натурфилософский этап развития науки, представляющий непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого. На данном этапе происходил верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что было характерно для всей греческой натурфилософии.

Позднее к процессу накопления знаний добавилось теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появились первые концепции рационального объяснения природных процессов. В результате наступил так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идет анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиск отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в историческом развитии науки – для Позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединились в естествознание как целостную науку о природе, произошла череда научных революций, кардинально менявших практику общественного развития.

Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздали целостную картину мира на основе познанных частностей. Это произошло на основе соединения анализа с синтезом и привело к появлению современной науки XX в.

Начало науки. Древнегреческая натурфилософия. Наука – сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло ни возникнуть, ни развиваться. Наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие ранее отмеченным критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI–IV вв. до н. э. В то время в древнегреческой культуре появились принципиально новые черты, которых не было на Древнем Востоке – признанном центре рождения человеческой цивилизации.

Возникновение первых форм знания произошло в восточных цивилизациях. Более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Вавилоне, Индии, Китае установилась взаимосвязь между теоретическими знаниями и практическими навыками. Это происходило во всех областях человеческой деятельности, но связывалось в основном с земледельческой культурой (первые астрономические знания способствовали предсказаниям погоды, зачатки математики позволяли измерять земельные площади и т. д.).

Историки науки связывают появление естествознания с научным взрывом в VI–IV вв. до н. э. в Древней Греции, который ознаменовал собой начало первого периода в истории естествознания – периода натурфилософии (от лат. natura – природа), т. е. философии природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений. От практических знаний, которые в те времена давали математика, астрономия, знахарство, ее отличало умозрительное толкование природы на основании положения о единстве явлений природы и ее целостности.

Начало древнегреческой натурфилософии относится к попыткам поиска природного первоэлемента, обеспечивающего единство и многообразие природного мира. Это означает, что натурфилософия отличалась стремлением выделить какую-то одну природную стихию в качестве основы всего существующего. Впервые в истории это стремление выразил философ Милетской школы Фалес, который считал первоэлементом всего мира воду, поскольку невозможно найти в мире абсолютно сухое тело.

В античной науке Фалес был первым астрономом и математиком, ему приписывались открытие годового вращения Солнца, определение времени солнцестояний и равноденствий. Фалес утверждал, что Луна светит не своим светом, а небесные тела представляют собой воспламенившуюся землю. Всю небесную сферу Фалес разделил на пять зон и ввел календарь, определив продолжительность года в 365 дней и разделив его на 12 месяцев по 30 дней.

Первой научной программой Античности стала математическая программа, представленная Пифагором Самосским и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) – упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Числовые соотношения рассматривались им основой всего мироздания, источником гармонии Космоса. По мнению Пифагора и его учеников, в основе мира лежат количественные отношения действительности. Они рассматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отношений, приписывали определенным числам особые, мистические свойства. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э.

Высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т. д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. По Аристотелю у каждого тела есть предназначенное ему по природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту – естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи; все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель – Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира – наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.

Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием упорядоченного понятийного аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает в себя изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После аристотелевских работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.

Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они перемещаются по сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как того требовала геоцентрическая модель мира. Решением данной проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома К. Птолемея (I–II вв. н. э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, называемой эпициклом.

Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это Архимед, живший в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука, а механика стала важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой ума (отношение к технике, к машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), работы ученого сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. Не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего в себя стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание всего окружающего мира.

Упадок древнегреческой культуры практически остановил развитие натурфилософии, но ее идеи продолжали существовать довольно долго. Окончательно натурфилософия потеряла свое значение только в XIX в., когда она перестала заменять собой отсутствовавшие науки, когда естествознание достигло высокого уровня развития, был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда выявились действительные причины многих природных явлений и раскрылись реальные связи между ними.

Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т. е. учения о сотворении природы Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки при этом были забыты.

В отличие от Античности средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ. В то же время она не ограничивалась пассивным усвоением достижений античной науки. Вклад средневековой науки в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.

С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в Античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина; постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Изобретение машин и механизмов переставало быть забавой, как в Античности, и становилось делом полезным и уважаемым.

Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе. Это отношение позволило уйти от созерцательного отношения к ней и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира во благо человека.

В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т. д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.

Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.

Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.

В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.

Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Согласно классическому принципу относительности никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т. е. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.

Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.

Природа этой силы была открыта И. Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы, сформулировал закон всемирного тяготения.

Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Исаак Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика И. Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения, закона равенства действия и противодействия.

Хотя И. Ньютон провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез было им предложено, и они сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется и есть ли у нее материальный носитель.

Отвечая на эти вопросы, И. Ньютон предложил (подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов) принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных И. Ньютоном.

Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Оно сравнимо с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать – тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, которая может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции – три независимые друг от друга сущности.

Работы И. Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.

3.4. Классическое естествознание Нового времени

Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все большие масштаб и глубину. Происходили процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и с появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имевшей свои специфические черты, которые наложили отпечаток на работу ученых и ее результаты.

Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические, социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире – абсолютной истине.

Еще одной чертой классической науки была метафизичность – рассмотрение природы как неразвивающегося целого, из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе. Каждый предмет или явление изучались отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.

Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Они стали такими же элементами в мире-«механизме», как предметы и явления неживой природы.

Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., создав множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь добраться до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создавали «учения о невесомых» – электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные, тепловые свойства, а также способность к горению. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества, формирование основ экспериментальной науки об электричестве.

Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Р. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г. Менделя, электромагнитная теория Д. Максвелла.

Эти и многие другие открытия ХIХ в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины ХIХ в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-«машины», остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука ХIХ в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца ХIХ – начала XX в.

3.5. Глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

Целый ряд замечательных открытий разрушил всю классическую научную картину мира. В 1888 году немецкий ученый Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Д. Максвелла. В 1895 году В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских лучей, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Д. Томпсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.

К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малы ми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h ). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.

Все эти открытия буквально за несколько лет опрокинули стройное здание классической науки, которое еще в начале 1880-х гг. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки.

В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 1920-е гг. с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.

Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 1940-е гг. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.

Главным концептуальным изменением естествознания ХХ в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель объяснения явлений природы, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным.

Развитие эйнштейновского подхода привело к отрицанию ньютоновской космологии и формировало новую картину мира, в которой логика и здравый смысл переставали действовать. Оказывается, что твердые атомы И. Ньютона почти целиком заполнены пустотой, что материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира, планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности; субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.

Это основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от классической науки.

3.6. Основные черты современного естествознания и науки

Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира – «часового» механизма сменилась моделью мира-«мысли», для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, как нечто особенное и завершенное, ушли в прошлое.

Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности сделать это (неисчерпаемость материи вглубь). Получение абсолютной истины считается невозможным; истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.

Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важных научных завоеваний XX в. – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.

Начиная со второй половины ХХ в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития – постнеклассический, который характеризуется рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на его полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.

Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать сочетание разных естественных наук применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом такой нарастающей интеграции становятся гуманитарные науки.

В анализе особенностей современного естествознания следует отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с объектами (фундаментальных исследований). Реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы способны при неумелом обращении с ними привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.

Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически все более срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных «кабинетных» ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей разных научных направлений. В процессе исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с пока недостаточно понятными законами развития, с глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения, и в частности глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.

Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, но затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные системы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях анализ возможностей дальнейшей эволюции сложных природных объектов предстает как принципиально непредсказуемый, сопряженный со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.

Все эти изменения идут в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится скорее всего к середине XXI в. Конечно, сейчас сложно представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Но вышеперечисленные некоторые ее черты просматриваются уже сейчас.

Таблица 3.1. Наиболее значимые ученые естествознания: с VI в. до н. э по XX в.

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Введение…………………………………………………………………..………….3

1. Классификация наук

Заключение……………………………………………………..…..………………14

Список использованных источников……………………………….…………….15

Введение

Общеизвестно, что естествознание - это совокупность наук о природе. Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практичес­кому использованию в интересах человека. Естествознание возникает в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой этой прак­тической деятельности.

В XIX веке было принято естественные науки (или опытное познание природы) разделять на 2 большие груп­пы. Первая группа по традиции охватывает науки о явлени­ях природы (физика, химия, физиология), а вторая - о предметах природы. Хотя деление это довольно условное, но очевидно, что предметы природы - это не только весь окружающий материальный мир с небесными телами и зем­лей, но и неорганические составные части земли, и нахо­дящиеся на ней органические существа, и, наконец, человек.

Рассмотрение небесных тел составляет предмет астрономи­ческих наук, земля составляет предмет ряда наук, из кото­рых наиболее разработаны геология, география и физика земли. Познание предметов, входящих в состав земной коры и на ней находящихся, составляет предмет естественной истории с ее тремя главными отделами: минералогией, бо­таникой и зоологией. Человек же служит предметом антро­пологии, наиболее важными составными частями которой являются анатомия и физиология. В свою очередь, на ана­томии и физиологии базируются медицина и эксперимен­тальная психология.

В наше время такой общепризнанной классификации естественных наук уже не существует. По объектам иссле­дования самым широким делением является деление на науки о живой и так называемой неживой природе. Важ­нейшие большие области естествознания (физика, химия, биология) можно отличать по формам движения материи, которые они изучают. Однако этот принцип, с одной сто­роны, не позволяет охватить все естественные науки (на­пример математику и многие смежные науки), с другой сто­роны, он неприменим к обоснованию дальнейших класси­фикационных делений, той сложной дифференциации и взаимосвязи наук, которые столь характерны для современ­ного естествознания.

В современном естествознании органически перепле­таются два противоположных процесса: непрерывной диф­ференциации естествознания и все более узкие области на­уки и интеграции этих обособленных наук.

1. Классификация наук

Процедура классификации ведет свое происхождение из простого наблюдения, оформившегося в специфический познавательный прием. Однако классификация позволяет получить реальное содержательное приращение знания на пути выявления новых групп явлений.

Процедура классификации, обращенная на саму науку, не может обойти вниманием классификацию, предложенную Ф. Бэконом (1561-1626) как обобщение известного в его время круга знаний. В своем эпохальном произведении "О достоинстве и преумножении наук" он создает широкую панораму научных знаний, включая в дружную семью наук и поэзию. В основу бэконовской классификации наук кладутся основные способности человеческой души: память, воображение, разум. Поэтому классификация приобретает следующий вид: памяти соответствует история; воображению - поэзия; разуму - философия.

В естествознании гетевского времени (конец XVIII в.) считалось, что все объекты природы связаны друг с другом грандиозной единой цепью, ведущей от простейших веществ, от элементов и минералов через растения и животные к человеку. Мир рисовался Гете как сплошной "метаморфоз" форм. Представления о качественно различающихся "ступенях организованности" природы были развиты объективными идеалистами Шеллингом и Гегелем. Шеллинг ставил перед собой задачу последовательно раскрыть все этапы развития природы в направлении к высшей цели, т.е. рассмотреть природу как целесообразное целое, назначение которого - в порождении сознания. Выделенные Гегелем ступени природы связывались с различными этапами эволюции, трактуемой как развитие и воплощение творческой деятельности "мирового духа", носящей у Гегеля название абсолютной идеи. Гегель говорил о переходе механических явлений к химическим (так называемом химизме) и далее к органической жизни (организм) и практике.

Серьезной вехой на пути становления классификации наук было учение Анри де Сен-Симона (1760-1825). Подводя итоги развития науки своего времени, Сен-Симон утверждал, что разум стремится обосновать свои суждения на наблюдаемых и обсуждаемых фактах. Он (разум) на позитивном фундаменте эмпирически данного уже преобразовал астрономию и физику. Частные науки есть элементы общей науки - философии. Последняя стала полу позитивной, когда частные науки стали позитивными, и станет совершенно позитивной, когда все частные науки станут позитивными. Это осуществится тогда, когда физиология и психология будут основаны на наблюдаемых и обсуждаемых фактах, ибо не существует явлений, которые не были бы или астрономическими, или химическими, или физиологическими, или психологическими. В рамках своей натурфилософии Сен-Симон пытался отыскать универсальные законы, управляющие всеми явлениями природы и общества, перенести приемы естественно-научных дисциплин на область общественных явлений. Он приравнивал органический мир к текучей материи и представлял человека как организованное текучее тело. Развитие природы и общества истолковывал как постоянную борьбу твердой и текучей материей, подчеркивая многообразную связь общего с целым.

Личный секретарь Сен-Симона Огюст Конт предлагает учитывать закон трех стадий интеллектуальной эволюции человечества как основу для разработки классификации наук. По его мнению, классификация должна отвечать двум основным условиям - догматическому и историческому. Первое состоит в расположении наук согласно их последовательной зависимости, так чтобы каждая опиралась на предыдущую и подготовляла последующую. Второе условие предписывает располагать науки сообразно ходу их действительного развития, от более древних к более новым.

Различные науки распределяются в зависимости от природы изучаемых явлений либо по их убывающей общности и независимости, либо по возрастающей сложности. Из подобного расположения вытекают умозрения все более сложные, а также все более и более возвышенные и полные. В иерархии наук большое значение имеет степень уменьшения абстрактности и увеличения сложности. Конечной целью всякой теоретической системы выступает человечество. Иерархия наук такова: математика, астрономия, физика, химия, биология и социология. Первая из них составляет отправной пункт последней, являющейся, как уже было сказано, единственной основной целью всякой положительной философии.

Чтобы облегчить обычное употребление иерархической формулы, удобно группировать термины по два, представляя их в виде трех пар: начальной - математико-астрономической, конечной - биолого-социологической и промежуточной- физико-химической. Кроме того, каждая пара показывает естественное сходство спариваемых наук, а их искусственное разделение, в свою очередь, приводит к ряду трудностей. Особенно это видно при отделении биологии от социологии.

В основу классификации О. Конт кладет принципы движения от простого к сложному, от абстрактного к конкретному, от древнего к новому. И хотя более сложные науки основываются на менее сложных, это не означает редукции высших к низшим. В контовской классификации отсутствуют такие науки, как логика, потому что она, по его мнению, составляет часть математики, и психология, которая составляет частично фрагмент биологии, частично - социологии.

Дальнейшие шаги в развитии проблемы классификации наук, предпринятые, в частности, Вильгельмом Дильтеем (1833-1911), привели к отделению наук о духе и наук о природе. В работе "Введение в науки о духе" философ различает их прежде всего по предмету. Предмет наук о природе составляют внешние по отношению к человеку явления. Науки о духе погружены в анализ человеческих отношений. В первых ученых интересуют наблюдения внешних объектов как данных естественных наук; во вторых - внутренние переживания. Здесь мы окрашиваем наши представления о мире нашими эмоциями, природа же молчит, словно чужая. Диль-тей уверен, что обращение к "переживанию" является единственным основанием наук о духе. Автономия наук о духе устанавливает связь понятий "жизнь", "экспрессия", "понимание". Таких понятий нет ни в природе, ни в естественных науках. Жизнь и переживание объективируются в институтах государства, церкви, юриспруденции и пр. Важно также, что понимание обращено в прошлое и служит источником наук о духе.

Вильгельм Виндельбанд (1848-1915) предлагает различать науки не по предмету, а по методу. Он делит научные дисциплины на номотетические и идеографические. В ведомстве первых - установление общих законов, регулярности предметов и явлений. Вторые направлены на изучение индивидуальных явлений и событий.

Однако внешняя противоположность природы и духа не в состоянии дать исчерпывающее основание всего многообразия наук. Генрих Риккерт (1863-1936), развивая выдвинутую Виндельбандом идею о разделении номотетических и идеографических наук, приходит к выводу, что различие вытекает из разных принципов отбора и упорядочивания эмпирических данных. Деление наук на науки о природе и науки о культуре в его знаменитом одноименном произведении лучше всего выражает противоположность интересов, разделяющих ученых на два лагеря.

Для Риккерта центральной является идея, что данная в познании действительность имманентна сознанию. Безличное сознание конституирует природу (естествознание) и культуру (науки о культуре). Естествознание направлено на выявление общих законов, которые Риккертом интерпретируются как априорные правила рассудка. История занимается неповторимыми единичными явлениями. Естествознание свободно от ценностей, культура и индивидуализирующее понимание истории есть царство ценностей. Указание на^ценность сугубо важно. "Те части действительности, которые индифферентны по отношению к ценностям и которые мы рассматриваем в указанном смысле только как природу, имеют для нас... только естественнонаучный интерес... их единичное явление имеет для нас значение не как индивидуальность, а как экземпляр более или менее общего понятия. Наоборот, в явлениях культуры и в тех процессах, которые мы ставим к ним в качестве предварительных ступеней в некоторое отношение... наш интерес направлен на особенное и индивидуальное, на их единственное и неповторяющееся течение, т.е. мы хотим изучать их также исторически, индивидуализирующим методом". Риккерт выделяет три Царства: действительность, ценность, смысл; им соответствуют три метода постижения: объяснение, понимание, истолкование.

Бесспорно, выделение номотетического и идеографического методов стало важным шагом в деле классификации наук. В общем смысле номо-тетический метод (от греч. nomothetike, что означает "законодательное искусство") направлен на обобщение и установление законов и проявляется в естествознании. Согласно различению природы и культуры, общие законы несоразмерны и несоотносимы с уникальным и единичным существованием, в котором всегда присутствует нечто невыразимое при помощи общих понятий. Отсюда следует вывод о том, что номотететичес-кий метод не является универсальным методом познания и что для познания "единичного" должен применяться идеографический метод.

Название идеографического метода (от Греч, idios- "особенный", grapho - "пишу") ориентирует на то, что это метод исторических наук о культуре. Суть его в описании индивидуальных событий с их ценностной окраской. Среди индивидуальных событий могут быть выделены существенные, но никогда не просматривается их единая закономерность. Тем самым исторический процесс предстает как множество уникальных и неповторимых событий, в отличие от заявленного номотетическим методом подхода к естествознанию, где природа охватывается закономерностью.

Науки о культуре, по мнению Риккерта, распространены в таких сферах, как религия, церковь, право, государство и даже хозяйство. И хотя хозяйство можно поставить под вопрос, Риккерт определяет его так: "Технические изобретения (а следовательно, хозяйственная деятельность, которая является производной от них) обыкновенно совершаются при помощи естественных наук, но сами они не относятся к объектам естественнонаучного исследования".

Можно ли считать, что в сосуществовании и этих двух видов науки, и соответствующих им методов отражены отклики тех далеких споров номиналистов и реалистов, которые будоражили средневековые схоластические диспуты? Видимо, да. Ведь те утверждения, которые слышны со стороны идеографических наук (в частности, что единичное есть основа общего и последнее вне его не существует, их невозможно отделить друг от друга и предположить раздельное существование), суть одновременно и аргументы номиналистов, для которых именно единичное, как реально существующий факт, может быть положено в основу истинного познания.

Применительно к современной ситуации необходимо заметить, что и в точных, помологических науках, ориентирующихся на регулярность и повторяемость, и в индивидуализирующих, идеографических науках, ориентирующихся на единичное и неповторимое, единичное не может и не должно быть проигнорировано. Разве вправе естествознание отказываться от анализа единичных фактов, и разве справедлива будет та летопись, в которой не будет прослеживаться общая связь событий?

Для методологии и философии науки представляют интерес размышления Риккерта, в которых общее и единичное не просто противопоставляются, что было бы наивно, но предстают дифференцирование, т.е. в различении видов общего и единичного. В естественных науках отношение общего к единичному - это отношение рода и индивида (экземпляра). В общественных исторических науках единичность как бы представляет, репрезентирует собой всеобщность, выступая как проявленная наглядным образом закономерность. Индивидуальные причинные ряды - таковы цель и смысл исторических наук.

Принипы классификации наук Ф. Энгельса. Когда в 1873 г. Энгельс приступил к разработке классификации форм движения материи, в ученых кругах был распространен контовский взгляд на классификацию наук. Родоначальник позитивизма О. Конт был уверен, что каждая наука имеет своим предметом отдельную форму движения материи, а сами объекты различных наук резко отделены друг от друга: математика | физика | химия | биология | социология. Такое соответствие было названо принципом координации наук. Энгельс обратил внимание на то, как связаны между собой и переходят один в другой объекты, изучаемые различными науками. Возникла идея отразить процесс прогрессивного развития движущейся материи, идущей по восходящей линии от низшего к высшему, от простого к сложному. Подход, где механика была связана и переходила в физику, последняя в химию, та в биологию и социальные науки (механика... физика... химия... биология... социальные науки), стал известен как принцип субординации. И действительно, куда ни бросить взгляд, мы нигде не найдем какую-либо форму движения в полной отдельности от других форм движения, везде и всюду существуют лишь процессы превращения одних форм движения в другие. Формы движении материи существуют в непрерывно-прерывном процессе превращения друг в друга. "Классификация наук, - отмечал Ф. Энгельс, - из которых каждая анализирует отдельную форму движения или ряд связанных между собой и переходящих друг в друга форм движения материи, является вместе с тем классификацией, расположением, согласно внутренне присущей им последовательности самих этих форм движения, и в этом именно и заключается ее значение".

Когда Энгельс начинал работу над "Диалектикой природы", в науке уже утвердилось понятие энергии, распространенное на область неорганики - неживую природу. Однако все более и более становилось понятно, что между живой и неживой природой не может быть абсолютной грани. Убедительным примером тому явился вирус - переходная форма и живое противоречие. Попав в органическую среду, он вел себя как живое тело, в неорганической же среде он так себя не проявлял. Можно сказать, что Энгельс прозорливо предугадал переход одной формы движения материи в другую, так как к моменту возникновения его концепции наукой были изучены лишь переходы между механической и тепловыми формами. Вызывало интерес и предположение о том, что выдающиеся открытия в скором времени будут возникать на стыке наук, в пограничных областях. Взявшись за разработку одной из таких пограничных областей, связывающих природу и общество, Энгельс предложил трудовую теорию антропосоциогенеза- происхождения человека и человеческого общества. В свое время Ч. Дарвин (1809-1882), проводя сравнительные анатомические исследования человека и обезьян, пришел к выводу о чисто животном происхождении человека. Он выделил две формы конкуренции: внутривидовую и межвидовую. Внутривидовая конкуренция вела к вымиранию неприспособленных форм и обеспечивала выживание приспособленных. Это положение легло в основу естественного отбора. Энгельс же оценил роль социальных факторов, и в частности особую роль труда, в процессе антропосоциогенеза. В XX в. именно на стыках наук появились наиболее перспективные области новых наук: биохимия, психолингвистика, информатика.

Таким образом, если в первых классификациях наук в качестве оснований выступали естественные способности человеческой души (память, воображение и т.п.), то, по мнению нашего современника отечественного исследователя Б. Кедрова, принципиальное отличие энгельсовской классификации заключалось как раз в том, что "в основу разделения наук она кладет принцип объективности: различия между науками обусловлены различиями изучаемых ими объектов". Тем самым классификация наук имеет под собой прочное онтологическое основание - качественное многообразие самой природы, различные формы движения материи.

В связи с новыми данными естествознания разработанная Энгельсом пятичленная классификация форм движения материи была подвергнута существенным уточнениям. Наибольшую известность получила современная классификация, предложенная Б. Кедровым, в которой он различал шесть основных форм движения: субатомно физическую, химическую, молекулярно-физическую, геологическую, биологическую и социальную. Заметим, что классификация форм движения материи мыслилась как основа классификации наук.

Существует и иной подход, согласно которому все многообразие мира может быть сведено к трем формам движения материи: основным, частным и комплексным. К основным относятся наиболее широкие формы движения материи: физическая, химическая, биологическая, социальная. Ряд авторов подвергают сомнению существование единой физической формы движения материи. Однако с этим вряд ли можно согласиться. Все объекты, объединяемые понятием физического, обладают двумя наиболее общими физическими свойствами - массой и энергией. Для всего физического мира характерен общий всеохватывающий закон сохранения энергии.

Частные формы входят в состав основных. Так, физическая материя, включает в себя вакуум, поля, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, макротела, звезды, галактики, Метагалактику. К комплексным формам материи и движения следует отнести астрономическую (Метагалактика - галактика - звезды - планеты); геологическую (состоящую из физической и химической форм движения материи в условиях планетарного тела); географическую (включающую в себя физическую, химическую, биологическую и социальную формы движения материи в пределах лито-, гидро- и атмосферы). Одна из существенных особенностей комплексных форм движения материи заключается в том, что господствующую роль в них в конечном счете играет низшая форма материи - физическая. К примеру, геологические процессы определяются физическими силами: гравитацией, давлением, теплотой; географические законы обусловлены физическими и химическими условиями и соотношениями верхних оболочек Земли.

Заключение

Философия науки по логике вещей должна отчетливо представлять, с каким типом науки она предпочитает иметь дело. Согласно уже сложившейся, хотя и достаточно молодой традиции все науки подразделились на три клана: естественные, общественные, технические. Однако как бы эти группы наук ни конкурировали друг с другом, в своей совокупности они имеют общую цель, связанную с наиболее полным постижением универсума.

Вопросы классификации и взаимосвязи естественных наук обсуждаются и по сей день. При этом существуют разные точки зрения. Одна из них – все химические явления, строение вещества и его превращение можно объяснить на основании физических знаний; ничего специфического в химии нет. Другая точка зрения – каждый вид материи и каждая форма материальной организации (физическая, химическая, биологическая) настолько обособлены, что между ними нет прямых связей. Конечно, такие разные точки зрения далеки от истинного решения сложнейшего вопроса классификации и иерархии естественных наук. Вполне очевидно одно – несмотря на то, что физика – фундаментальная отрасль естествознания, каждая из естественных наук (при одной и той же общей задаче изучения природы) характеризуется своим предметом исследования, своей методикой исследования и базируется на своих законах, не сводимых к законам других отраслей науки. И серьезные достижения в современном естествознании наиболее вероятны при успешном сочетании всесторонних знаний, накопленных в течение продолжительного времени и в физике, и в химии, и в биологии, и во многих других естественных науках.

Список использованных источников

1. Карпенков С.Х. К26 Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с.
2. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учеб. – МТК Велби, Изд-во Проспект, 2006. – 264 с.
3. Турчин В.Ф. Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е – М.: ЭТС, 2000. – 368 с.
4. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 480 с.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Московский государственный университет

Приборостроения и информатики

Е.А.Коломийцева

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Краткий курс лекций

Рецензенты:

к.т.н., проф. Фигуровский Е.Н., к.ф.-м.н., доц. Шпиченецкий Б.Я.

Е.А.Коломийцева . КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

Краткий курс лекций. М., 2006, 80 с.

Учебное пособие предназначено для студентов МГУПИ, изучающих дисциплину «Концепции современного естествознания»

МГУПИ, 2006

Вступление ............................................................................................................................	4
Лекция 1. Предмет и методы естествознания……………………………………………	4
Лекция 2. Практические методы физических исследований. Физические величины и измерения…………………………………………………………………………………..	7
Лекция 3. Макромир. Движение в классической механике……………………………..	9
Лекция 4. Силы в природе. Фундаментальные взаимодействия………………………..	13
Лекция 5. Меры движения – импульс и энергия. Законы сохранения и симметрия пространства - времени……………………………………………………………………	15
Лекция 6. Физические поля. Концепции близкодействия и дальнодействия………….	18
Лекция 7. Мегамир. Элементы частной теории относительности. Релятивистская концепция…………………………………………………………………………………..	19
Лекция 8. Проблемы пространства и времени…………………………………………...	21
Лекция 9. Волновые процессы…………………………………………………………….	25
Лекция 10. Законы микромира. Корпускулярно-волновой дуализм материи. Принцип дополнительности и проблемы причинности………………………………...	29
Лекция 11. Элементарные частицы. Кварки……………………………………………..	32
Лекция 12. Радиоактивность………………………………………………………………	34
Лекция 13. Динамические и статистические закономерности………………………….	36
Лекция 14. Энергия в термодинамических процессах…………………………………..	39
Лекция 15. Порядок и беспорядок в природе. Фазовые переходы. Энтропия. Второе начало термодинамики и «стрела времени»……………………………………………..	41
Лекция 16. Синергетика. Соотношение порядка и хаоса в открытых неравновесных системах…………………………………………………………………………………….	44
Лекция 17. Происхождение и эволюция Вселенной…………………………………….	47
Лекция 18. Планета Земля…………………………………………………………………	53
Лекция 19. Элементы химии………………………………………………………………	57
Лекция 20. Вода и гипотезы о происхождении жизни на Земле. Самоорганизация в живой природе……………………………………………………………………………..	60
Лекция 21. Биосфера и проблемы экологии. Понятие о ноосфере……………………..	63
Лекция 22. Молекулярные основы жизни. ДНК и информация………………………..	67
Лекция 23. Феномен человека…………………………………………………………….	70
Лекция 24. Теория эволюции в биологии. Принципы универсального эволюционизма. Путь к единой культуре..........................................................................	74
Вопросы для подготовки к экзамену ……………………………………………………..	77
Задачи для самостоятельного решения ………………………………………………….	79
	80

Вступление

Дисциплина «Концепции современного естествознания» входит в государственный образовательный стандарт для гуманитарных и обществоведческих специальностей. Целью данного курса является ознакомление студентов с современными представлениями о природе и месте человека в ней. Не секрет, что у многих из них существует перекос в сторону чисто гуманитарных знаний. Между тем современному специалисту необходим широкий кругозор. Возможно, самой заманчивой перспективой было бы показать студентам жизнь человека в ее единстве с природой, целостность и уникальность окружающего, дать почувствовать красоту и мощь человеческой мысли, которая способна охватить весь мир от Вселенной до элементарной частицы, развить вкус к получению знаний, подтолкнуть к чтению научно-популярной литературы и самообразованию. В конечном счете это – необходимое условие формирования гармоничной личности.

Лекция 1.

Предмет и методы естествознания

1. Предмет естествознания. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

Естествознание – это комплекс знаний о природе, которые составляют одну из важнейших частей человеческой культуры.

Культура – широкое, многогранное понятие, которое можно определять по-разному. Существует большое количество различных определений культуры (около 170), из которых приведем одно, вполне удовлетворительно отражающее ее наиболее важные признаки:

Культура – это система средств человеческой деятельности, благодаря которой планируется, осуществляется, стимулируется активность индивида, групп, всего человечества в их взаимодействии с природой и между собой.

Таким образом, культуру в целом можно подразделить на три основные ветви:

культура материальная (орудия труда, жилища, одежда, транспорт) – вся сфера материальной деятельности и ее результаты;

культура социальная – основные правила поведения в обществе;

культура духовная (знания, воспитание, мораль, право, мировоззрение, наука, искусство).

Соответственно и знания человечества можно подразделить на

систему знаний о природе – естественные науки и

систему знаний о позитивно значимых ценностях бытия индивидуума, групп, государства, человечества в целом – гуманитарные науки.

Каждый из этих разделов человеческих знаний обладает своей спецификой:

Естественнонаучные знания глубоко специализированы, они постоянно совершенствуются, отличаются объективностью, достоверностью, имеют большое значение для существования человека и общества.

Гуманитарные знания активизируются, исходя из принадлежности индивида к определенной социальной группе. Они характеризуются субъективностью, т.е. допускают возможность толкований, идеализаций, противоречащих реальным свойствам объектов.

Тем не менее естественнонаучные и гуманитарные знания взаимосвязаны, будучи самостоятельными частями единой системы знаний науки:

они опираются на единую основу: потребности и интересы человека и человечества в создании оптимальных условий для самосохранения и совершенствования своей жизни;

между ними существует взаимообмен достигнутыми результатами.

2. Наука и научный метод.

Наука - термин, обозначающий обобщаемые и систематизированные знания в любой области.

С древнейших времен люди пытались понять сущность наблюдаемых явлений природы и их закономерности. Причем первым побудительным мотивом для этого служил практический интерес – возможность использовать полученные знания. Так изначально сосуществовали два аспекта естествознания – познавательный и прикладной. В современной науке также присутствуют оба указанных аспекта.

Познание законов природы и создание на этой основе картины мира – непосредственная, ближайшая цель естествознания. Конечная задача – содействие практическому использованию этих законов. Не всегда перспектива практического применения того или иного открытия очевидна с самого начала, теория, как правило, развивается с некоторым опережением.

Итак, в системе естествознания мы выявили два уровня – уровень теоретический и уровень практический (экспериментальный).

Использующиеся при теоретическом и практическом освоении действительности приемы составляют научный метод. Таким образом, наука отвечает на вопрос: «Что такое реальность?», а научный метод указывает, как с этой реальностью обращаться.

Научные методы бывают различного уровня:

Единые (всеобщие): диалектический, метафизический;

Общенаучные (используемые во всех науках): практические (эмпирические) – наблюдение, описание, измерение, эксперимент, и теоретические - сравнение, аналогтя, анализ и синтез, идеализация, обобщение, восхождение от абстрактного к конкретному, индукция и дедукция;

Специально-научные (применяемые в конкретных дисциплинах).

Особенностью современного естествознания является его конструктивная направленность, т.е. реальность не только изучается, но и проектируется с определенными целями. Это выражается в широком применении методов математического моделирования процессов и явлений с помощью ЭВМ.

Начальным этапом исследования является, как правило, практика, она же служит и окончательным критерием истинности (адекватности) любой теории, а также целью исследования.

3. Исторические аспекты развития естествознания.

Процесс формирования естествознания не был равномерным. Развитие научной мысли можно обобщенно разделить на этапы. На каждом этапе господствовал определенный стиль мышления, который базировался на имевшихся к тому времени достижениях науки. Тем самым задавался круг задач, подлежащих исследованию, и методология исследования. Такие общепризнанные научные достижения и господствующий стиль научного мышления называются парадигмой . Смена, зачастую коренная ломка существующей парадигмы означает переход к следующему этапу развития естествознания и называется научно-технической революцией .

Первый этап , расцвет которого происходил в античный период, характеризуется преобладанием чисто умозрительных рассуждений о природе вещей и явлений. Естествознание на этой стадии еще не отделено от философии и по сути они составляют одну науку натурфилософию, в которой отражены представления древних о мире как едином целом. Несмотря на поразительные озарения Демокрита, Архимеда и др., натурфилософию еще нельзя считать наукой в современном понимании.

Первую научно-техническую революцию многие историки науки связывают с деятельностью Аристотеля. Именно тогда наука стала отличаться от других форм познания мира. Была высказана идея о шарообразности Земли, построена геоцентрическая модель мира.

Идеи Аристотеля определили состояние науки вплоть до эпохи Возрождения.

Вторая научно-техническая революция связана с введением в научную практику эксперимента как способа проверки гипотез. В этот период происходило накопление фактического материала и его обобщение, естествознание обрело более привычную для нас форму. В трудах ученых Нового времени – Галилея, Кеплера, Ньютона – были заложены основы классической науки.

Второй этап развития естествознания длился до конца Х1Х века, это время полного расцвета классической науки. Установлен закон сохранения и превращения энергии. оптики, электродинамики, термодинамики, построена теоретическая механика (Гамильтон, Лагранж, Максвелл, Френель, Больцман). В химии установлено строгое понятие элемента (Лавуазье), изучаются химические реакции, соединения, открыт периодический закон Менделеева, возникла структурная химия (Бутлеров). В биологии побеждают важнейшие идеи об эволюции всего живого (Ламарк, Дарвин); открыта клетка (Шлейден и Шванн) и материальный носитель наследственности – ген (Мендель).

Таким образом, подготовлялись условия для новой научно-технической революции, которая захватила весь ХХ век и продолжается поныне.

Для третьей научно-технической революции характерно:

Тесное взаимодействие различных областей науки, развитие междисциплинарных связей. Подавляющее большинство открытий происходит на стыках наук.

Переход от классических представлений к неклассическим: создание общей и специальной теории относительности, квантовой теории поля (квантовая механика).

Исследование сложнейших неравновесных нелинейных процессов, происходящих в сложных системах. Оказывается, что эти процессы, которые приводят к самоорганизации системы, к возникновению новых структур, протекают сходно в различных областях естествознания. Это позволяет рассматривать с единых позиций такие дисциплины, как физика, космология, геология, химия, биология и даже традиционно гуманитарные дисциплины, такие как история, этнология, социология, экономика. Такой подход получил название синергетика . Это наиболее перспективное направление современного естествознания.

Бурное развитие информационных технологий, позволяющих проводить громадный объем вычислений с большой скоростью и исследовать сложнейшие процессы. Информация становится в один ряд с материей.

Во главу угла современного естествознания ставится человек, его интересы и цели. Наука приобретает этическую окраску.

4. Основные разделы современного естествознания.

В настоящее время в мире насчитывается около 15 тысяч научных дисциплин, и их число непрерывно растет. Считается, что за каждые 10-15 лет количество научной информации удваивается. Имеется большое количество междисциплинарных наук.

Разумеется, произвести классификацию всех естественных наук практически невозможно. Можно лишь выстроить цепочки, руководствуясь каким-либо принципом. Например, по сложности изучаемого объекта: физика  химия (неорганическая, органическая)  биология  медицина. По масштабу изучаемого объекта: астрономия (в частности, астрофизика)  геология (включая геологию отдельных планет)  география  экология биология. По используемому методу: логика  математика  физика. Как видно, ключевой наукой в каждой из этих цепочек является физика. Именно эта наука изучает самые фундаментальные, основополагающие законы природы. Поэтому знание основных физических понятий и законов является обязательным компонентом любого образования.

5. Структурные уровни организации материи.

В основе современных представлений о строении материального мира лежит системный подход . Любой объект или явление в соответствии с этим подходом рассматривается как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Дадим определения важнейших понятий:

Система – совокупность элементов и связей между ними;

Связи – отношения между элементами системы. Связи составляют структуру системы. Они могут быть горизонтальными (координация между однопорядковыми элементами) и вертикальными (отражающими субординацию, т.е. соподчинение, разнопорядковых элементов). Совокупность горизонтальных связей образует уровни организации системы, совокупность вертикальных связей отражает их иерархию.

Вся материя Вселенной также является колоссальной, сложнейшей системой. Можно выделить три уровня строения материи:

При изучении предмета «Концепции современного естествознания» мы, как и в любой науке, должны двигаться от простейших представлений и понятий к более сложным. Наиболее простыми и привычными для нас являются те явления, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и наблюдаем непосредственно. Все они описываются в рамках классических представлений, которые и следует вспомнить в начале курса.

Лекция 2.

Практические методы физических исследований. Физические величины и измерения.

Первоначальное взаимодействие человека (исследователя) с объектом или явлением имеет место непосредственно на практике. Здесь происходит накопление и систематизация фактов, их описание. Все это – практический , или эмпирический , уровень познания. Он включает в себя наблюдения, измерения, эксперимент. Лишь на основе полученных данных строится гипотеза и происходит подъем на более высокий, теоретический уровень познания.

1. Наблюдения.

Основным способом получения информации об окружающем мире и явлениях, которые в нем происходят, с древнейших времен было наблюдение. Наблюдение может проводиться как при помощи наших естественных органов чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и даже вкуса. Однако все эти чувства развиты у разных людей в разной степени, поэтому такие наблюдения достаточно несовершенны. Любые выводы, сделанные на основании таких наблюдений, будут в большой степени субъективны.

Существует огромное количество явлений, вообще недоступных непосредственному человеческому восприятию. Например, мы не видим электромагнитные волны, частоты которых лежат за пределами оптического диапазона, не воспринимаем ультразвук, не способны заглянуть в микромир.

Для более объективного, глубокого и разностороннего изучения действительности человеческому организму нужно «помочь» - требуется использование приборов. Однако система «прибор-объект» – это уже совсем не то же самое, что исходный объект.

Измерения и измерительные приборы.

Наблюдение становится частью научного исследования, если на основании этого наблюдения делаются некоторые сравнения и выводы. Для того чтобы сравнивать какие-либо свойства материальных объектов, требуется дать этим свойствам количественные характеристики. Более того, в квантовой механике считается, что реально существуют лишь те объекты, которые можно измерить: «Принципиально неизмеримое – физически нереально» (Бор, Гейзенберг). Процедура получения количественной информации об объекте исследования называется измерением . Инструмент, с помощью которого проводится измерение, называют прибором . Теорией измерений занимается специальная наука – метрология . Простейший способ измерения (прямой ) заключается в том, что исследуемый объект сравнивается с эталоном , принятым за единицу. Самый известный эталон – это платино-иридиевый стержень длиной в 1метр, хранившийся в Париже, в Палате мер и весов. Очевидны неудобства таких измерений, связанные с хранением и воспроизведением копий эталона. В настоящее время (с 1983 г.) решено считать 1 метр как расстояние, проходимое светом в вакууме за время 1/299792458 секунд.

Для измерения времени также нужен эталон. В настоящее время считается, что 1 секунда – это время, за которое происходит 9192631830 периодов колебаний излучения, испускаемого изотопом цезия
.

Заметим, что для измерения величин, описывающих явления макромира, привлекаются явления микромира и мегамира.

В соответствии с последними договоренностями эталонная длина в 1 метр не измеряется непосредственно, а вычисляется по формуле
, где с – скорость света в вакууме. Такое измерение носит название косвенного . В подавляющем большинстве физические измерения являются косвенными. К косвенным измерениям можно также отнести метод экстраполяции , который основан на предположении о том, что в области, где измерения не проводились, поведение системы остается таким же. Экстраполяция далеко не всегда подтверждается экспериментом.

1. Физические размерности. Международная система СИ.

При измерении исследователь получает количественные характеристики какого-либо свойства данного объекта. Каждая величина имеет свой физический смысл и свою единицу измерения - размерность. Величины разной размерности нельзя сравнивать, складывать или вычитать друг из друга, т.к. они описывают разные свойства объектов.

Единицы измерения оказалось удобно согласовать между всеми странами. Это было вызвано прежде всего экономическими интересами. В настоящее время мировым сообществом принята единая метрическая система мер, называемая Международной Системой (СИ). Ее основные единицы (требующие определения с помощью эталона):

Длина – 1 метр;

Время – 1 секунда;

Масса – 1 килограмм;

Термодинамическая температура – 1 Кельвин;

Количество вещества – 1 моль;

Сила электрического тока – 1 Ампер;

Сила света – 1 кандела;

Остальные физические величины получаются из перечисленных и называются производными, например, Н, Дж, Вт, В, Ом.

4. Погрешности измерений.

Любое измерение может быть проведено только с некоторой точностью. Получить абсолютно точное значение физической величины принципиально невозможно по целому ряду причин. Первая из них состоит в том, что измерение есть результат взаимодействия прибора и объекта. В свою очередь приборы сами являются техническими устройствами и имеют ограниченные возможности. Кроме того, любой физической величине присущи вероятностные свойства, и это фундаментальное свойство всей материи, о чем мы будем говорить особо в специальной лекции. Говорят, что измерение величины х 0 произведено с определенной точностью
, а само значение называют абсолютной ошибкой или абсолютной погрешностью измерений. Естествоиспытатель может только утверждать, что истинное значение измеряемой величины лежит в интервале от (
) до (
):
.

Иногда удобнее говорить об относительной ошибке или относительной погрешности измерений:
. Эта величина, особенно будучи выражена в процентах, дает очень наглядное представление о точности проведенных измерений.

Перечислим основные факторы неточности эксперимента. Помимо грубых промахов самого экспериментатора, их можно разделить на две группы:

1) систематические , которые определяются классом точности прибора (1/2 цены деления) и, возможно, какой-то постоянной ошибкой прибора;

2) статистические , обусловленные случайными отклонениями от истинного значения в каждом конкретном опыте. За истинное значение величины часто приходится принимать среднее
, где N – число опытов. Чем больше опытов было сделано, тем ближе к истинному значению.

Эксперимент.

Как правило, исследователь заранее планирует свои наблюдения и измерения, руководствуясь некоторой гипотезой , т.е. предположениями об ожидаемом результате. А.Эйнштейн указывал, что “только теория определяет, что можно наблюдать”. Для более глубокого проникновения в суть явления требуется менять условия опыта, вмешиваясь тем самым в объект исследования.

Целенаправленные действия, связанные с изменениями в самом объекте исследования, называют экспериментом . Эксперимент позволяет выявить такие свойства и закономерности внутри объекта, которые в обычных условиях скрыты.

Особая форма эксперимента – мысленный эксперимент . В последнее время все большее значение приобретает численный эксперимент , в котором ученый имеет дело с математическими моделями явлений природы.

1. Использование результатов эксперимента. Теория. Критерии научности и истинности теории.

Результаты эксперимента следует истолковать. Если первоначальная гипотеза исследователя подтвердилась, то исследования переходят на новый уровень – теоретический , т.е. строится научная теория в рамках существующей парадигмы. Если же удовлетворительной теории, описывающей наблюдаемое явление, не удается построить, это может привести к революционной смене парадигмы.

Рабочая программа