Реферат: Современная естественнонаучная картина мира

Реферат: Современная естественнонаучная картина мира

Рязанская Государственная Радиотехническая Академия

Кафедра Общей и Экспериментальной физики

Дисциплина синергетика

Реферат на тему:

«Современная естественнонаучная картина мира»

Выполнила: ст. гр. 070

Болтукова А.А.

Проверила:

Русакова Ж.П.

Рязань, 2003г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................3

1. Естественнонаучное миропонимание.............4

2. Строение вещества, энергия................6

3. Теория относительности..................8

4. Учение о самоорганизации.................10

5. Революция в естествознании...................13

Заключение.........................16

Список литературы........................18

В В Е Д Е Н И Е

Познание единичных вещей и процессов невозможно без одновременного познания

всеобщего, а последнее в свою очередь познается только через первое. Сегодня

это должно быть ясно каждому образованному уму. Точно также и целое постижимо

лишь в органическом единстве с его частями, а часть может быть понята лишь в

рамках целого. И любой открытый нами "частный" закон - если он действительно

закон, а не эмпирическое правило - есть конкретное проявление всеобщности.

Нет такой науки, предметом которой было бы исключительно всеобщее без

познания единичного, как невозможна и наука, ограничивающая себя лишь

познанием особенного.

Всеобщая связь явлений - наиболее общая закономерность существования мира,

представляющая собой результат и проявление универсального взаимодействия

всех предметов и явлений и воплощающаяся в качестве научного отражения в

единстве и взаимосвязи наук. Она выражает внутреннее единство всех элементов

структуры и свойств любой целостной системы, а также бесконечное разнообразие

отношений данной системы с другими окружающими ее системами или явлениями.

Без понимания принципа всеобщей связи не может быть истинного знания.

Осознание универсальной идеи единства всего живого со всем мирозданием входит

в науку, хотя уже более полувека назад в своих лекциях, читанных в Сорбонне,

В.И.Вернадский отмечал, что ни один живой организм в свободном состоянии на

Земле не находится, но неразрывно связан с материальноэнергетической средой.

"В нашем столетии биосфера получает совершенно новое понимание. Она

выявляется как планетное явление космического характера".

1. Естественнонаучное миропонимание

Естественнонаучное миропонимание (ЕНМП) - система знаний о

природе, образующаяся в сознании учащихся в процессе изучения

естественнонаучных предметов, и мыслительная деятельность по созданию этой

системы.

Понятие "картина мира" является одним из фундаментальных понятий философии и

естествознания и выражает общие научные представления об окружающей

действительности в их целостности. Понятие "картина мира" отражает мир в

целом как единую систему, то есть "связное целое", познание которого

предполагает "познание всей природы и истории..." (Маркс К., Энгельс Ф.,

собр. соч., 2-е изд. том 20, с.630).

В основе построения научной картины мира лежит принцип единства природы и

принцип единства знания. Общий смысл последнего заключается в том, что знание

не только бесконечно многообразно, но оно вместе с тем обладает чертами

общности и целостности. Если принцип единства природы выступает в качестве

общей философской основы построения картины мира, то принцип единства знаний,

реализованный в системности представлений о мире, является методологическим

инструментом, способом выражения целостности природы.

Система знаний в научной картине мира не строится как система равноправных

партнеров. В результате неравномерного развития отдельных отраслей знания

одна из них всегда выдвигается в качестве ведущей, стимулирующей развитие

других. В классической научной картине мира такой ведущей дисциплиной

являлась физика с ее совершенным теоретическим аппаратом, математической

насыщенностью, четкостью принципов и научной строгостью представлений. Эти

обстоятельства сделали ее лидером классического естествознания, а методология

сведения придала всей научной картине мира явственную физическую окраску.

Однако острота этих проблем несколько сгладилась в связи с глубоким

органическим взаимодействием методов этих наук и пониманию соотнесённости

установления того или иного их соотношения.

В соответствии с современным процессом "гуманизации" биологии возрастает ее

роль в формировании научной картины мира. Обнаруживаются две "горячие точки"

в ее развитии: стык биологии и наук о неживой природе и стык биологии и

общественных наук.

Представляется, что с решением вопроса о соотношении социального и

биологического научная картина мира отразит мир в виде целостной системы

знаний о неживой природе, живой природе и мире социальных отношений. Если

речь идет о ЕНКМ, то должны иметься в виду наиболее общие закономерности

природы, объясняющие отдельные явления и частные законы.

ЕНКМ - это интегрированный образ природы, созданный путем синтеза

естественнонаучных знаний на основе системы фундаментальных закономерностей

природы и включающий представления о материи и движении, взаимодействиях,

пространстве и времени.

2. Строение вещества, энергия

В конце прошлого и начале нынешнего века в есте­ствознании были сделаны

крупнейшие открытия, кото­рые коренным образом изменили наши представления о

картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества,

и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними

неделимыми части­цами материи, своеобразными кирпичиками, из кото­рых состоит

природа, считались атомы, то в конце про­шлого века были открыты электроны,

входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер ато­мов,

состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов

(лишенных заряда частиц).

Согласно первой модели атома, построенной англий­ским ученым Эрнестом

Резерфордом (1871—1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в

которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако,

неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны

были упасть на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми

образованиями и для их разрушения требу­ются огромные силы. В связи с этим

прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована вы­дающимся

датским физиком Нильсом Бором (1885—1962), который предположил, что при

вращении по так назы­ваемым стационарным орбитам электроны не излучают

энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции

энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось,

что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты

убедили физиков, что она может испускаться отдельны­ми квантами. Об этом

свидетельствует, например, явле­ние фотоэффекта, когда кванты энергии

видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как извест­но,

используется в фотоэкспонометрах, которыми поль­зуются в фотографии для

определения выдержки при экспозиции.

В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало,

что элементарные частицы вещества, например, электроны обладают не только

корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано

экспериментально, что между ве­ществом и полем не существует непроходимой

границы: в определенных условиях элементарные частицы веще­ства обнаруживают

волновые свойства, а частицы поля — свойства корпускул. Это явление получило

название дуализма волны и частицы — представление, которое никак не

укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались

убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материаль­ных частиц,

может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля— волновыми

свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волно­вых свойств

совершенно исключалось. Но под давлени­ем неопровержимых экспериментальных

результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно

обладают как свойствами корпускул, так и волн.

В 1925—1927 г. для объяснения процессов, происхо­дящих в мире мельчайших частиц

материи — микроми­ре, была создана новая волновая, или квантовая механи­ка.

Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли и

разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика,

движения микромира.

3. Теория относительности

Другая фундаментальная теория современной физики — теория относительности, в

корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В

специальной тео­рии относительности получил дальнейшее применение

уста­новленный еще Галилеем принцип относительности в меха­ническом движении.

Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах, т.е. системах

отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все

механические процессы происходят одинаковым образом, и поэтому их законы

имеют ковариантную, или ту же самую математическую форму. Наблюдатели в таких

системах не заметят никакой разницы в протекании механических явле­ний. В

дальнейшем принцип относительности был использо­ван и для описания

электромагнитных процессов. Точнее го­воря, сама специальная теория

относительности появилась в связи с преодолением трудностей, возникших в этой

теории.

Важный методологический урок, который был получен из специальной теории

относительности, состоит в том, что она впервые ясно показала, что все

движения, проис­ходящие в природе, имеют относительный характер. Это

означает, что в природе не существует никакой абсолют­ной системы отсчета и,

следовательно, абсолютного дви­жения, которые допускала ньютоновская

механика.

Еще более радикальные изменения в учении о про­странстве и времени произошли

в связи с созданием об­щей теории относительности, которую нередко называют

новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской

теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами

движу­щихся материальных тел и их пространственно-времен­ной метрикой.

Теоретические выводы из нее были экспе­риментально подтверждены во время

наблюдения сол­нечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света,

идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от

своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено

наблюдениями. Нужно отметить, что об­щая теория относительности показала

глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготею­щих масс и

структурой физического пространства — вре­мени.

4. Учение о самоорганизации

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла

много нового в наши представления о естественнонаучной картине мира.

Возникновение системного подхода позволило взгля­нуть на окружающий нас мир как

единое, целостное образование, состоящее из огромного множества

взаи­модействующих друг с другом систем. С другой сторо­ны, появление такого

междисциплинарного направле­ния исследований, как синергетика, или учение о

само­организации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы

всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и

представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики

состоит прежде всего в том, что она впер­вые показала, что процессы

самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы,

если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее

неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие).

Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы

самоорганизации. Так, уже на предбиологическом уровне возникают

автопоэтические процес­сы, т.е. процессы самообновления, которые в живых

системах выступают в виде взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции.

Главное достижение си­нергетики и возникшей на ее основе новой концепции

самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на

мир, находящийся в про­цессе непрестанной эволюции и развития.

В каком отношении синергетический подход нахо­дится к общесистемному?

Прежде всего подчеркнем, что два этих подхода не исключают, а наоборот,

предполагают и дополняют друг друга. Действительно, когда рассматривают

множество каких-либо объектов как систему, то обращают внима­ние на их

взаимосвязь, взаимодействие и целостность.

Синергетический подход ориентируется на исследо­вание процессов изменения и

развития систем. Он изу­чает процессы возникновения и формирования новых

систем в процессе самоорганизации. Чем сложнее про­текают эти процессы в

различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной

лестнице. Таким образом, эволюция систем напрямую связана с механизмами

самоорганизации. Исследование конкрет­ных механизмов самоорганизации и

основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синерге­тика же

выявляет и формулирует общие принципы самоорга­низации любых систем и в этом

отношении она анало­гична системному методу, который рассматривает об­щие

принципы функционирования, развития и строе­ния любых систем. В целом же

системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с

динамическими, развивающимися системами рассмат­ривает также системы

статические.

Эти новые мировоззренческие подходы к исследова­нию естественнонаучной

картины мира оказали значи­тельное влияние как на конкретный характер

познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понима­ние природы

научных революций в естествознании. А ведь именно с революционными

преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине

природы.

В наибольшей мере изменения в характере конкрет­ного познания коснулись наук,

изучающих живую при­роду. Переход от клеточного уровня исследования к

мо­лекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с

расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию

жи­вых организмов, уточнением старых и появлением но­вых гипотез

происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в

результате взаимодейст­вия различных естественных наук, широкого

использо­вания в биологии точных методов физики, химии, ин­форматики и

вычислительной техники.

В свою очередь живые системы послужили для хи­мии той природной лабораторией,

опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу

сложных соединений. По-видимому, в не меньшей сте­пени учения и принципы

биологии оказали свое воз­действие на физику. Действительно, представление о

закрытых систе­мах и их эволюции в сторону беспорядка и разрушения находилось

в явном противоречии с эволюционной тео­рией Дарвина, которая доказывала, что

в живой приро­де происходят возникновение новых видов растений и животных, их

совершенствование и адаптация к окру­жающей среде. Это противоречие было

разрешено бла­годаря возникновению неравновесной термодинамики, опирающейся

на новые фундаментальные понятия открытых систем и принцип необратимости.

5. Революция в естествознании

Выдвижение на передний край естествознания био­логических проблем, а также

особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене

лидера современного естествознания. Если раньше та­ким бесспорным лидером

считалась физика, то теперь в таком качестве все больше выступает биология.

Основой устройства окружающего мира теперь признается не ме­ханизм и машина,

а живой организм. Однако многочис­ленные противники такого взгляда не без

основания заявляют, что поскольку живой организм состоит из тех же молекул,

атомов, элементарных частиц и кварков, то по-прежнему лидером естествознания

должна оставаться физика.

По-видимому, вопрос о лидерстве в естествознании зависит от множества

разнообразных факторов, среди которых решающую роль играют значение

лидирующей науки для общества, точность, разработанность и общ­ность методов

ее исследования, возможность их приме­нения в других науках. Несомненно,

однако, что самыми впечатляющими для современников являются наиболее крупные

открытия, сделанные в лидирующей науке, и перспективы ее дальнейшего

развития. С этой точки зрения биология второй половины XX столетия может

рассматриваться как лидер современного естест­вознания, ибо именно в ее

рамках были сделаны наибо­лее революционные открытия.

Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от

наивных и предвзятых представлений о них, как процессах, связанных с

лик­видацией прежнего знания, с отказом от преемственно­сти в развитии науки

и, прежде всего, ранее накоплен­ного и проверенного эмпирического материала.

Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и тео­рий, которые

оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и

результаты экспе­риментов.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные

изменения в концепту­альном содержании его теорий, учений и научных

дис­циплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже

обобщению фактов, т.е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты

всегда стре­мятся объяснить с помощью гипотез и теорий. Среди них в каждый

определенный период выдвигается наибо­лее общая или фундаментальная теория,

которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов из­вестных и

предсказания фактов неизвестных. Такой па­радигмой в свое время служила

теория движения зем­ных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на

нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно

так же все исследовате­ли, изучавшие электрические, магнитные, оптические и

радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории,

которую построил Д.К. Мак­свелл.

Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922—1996) для

анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность - смену прежней

парадигмы новой, переход к более об­щей и глубокой теории исследуемых

процессов. Однако он оставил без объяснения и анализа вопрос о формировании

самой парадигмы. По его мнению, развитие науки можно разделить на два этапа:

• нормальный, когда ученые заняты применением пара­дигмы к решению конкретных

проблем частного, специального характера (так называемых головоломок)

• экстраординарный, связанный с поиском новой пара­дигмы. При таком подходе

новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и

поэтому ее возникновение остается необъясненной. В действитель­ности же, как

видно из примеров аномальных фактов, т.е. фактов, противоречащих парадигме,

процесс анализа, кри­тического осмысления и оценки существующей парадигмы

происходит уже на стадии нормальной науки.

Поэтому рез­кое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов

развития науки — совершенно необоснованно, и оно встретило убедительную

критику со стороны многих видных ученых.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Один из старинных девизов гласит: “знание есть сила” Наука делает человека

могущественным перед силами природы. Великие научные открытия (и тесно

связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и

подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории.

Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики,

позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в.

электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и

радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним -

открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в.

молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся

вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др.

Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без

участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок,

предсказанных наукой технологий и др.

В современном мире наука вызывает у людей не только восхищение и преклонение,

но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только

блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения атмосферы, катастрофы на

атомных станциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний

ядерного оружия, “озонная дыра” над планетой, резкое сокращение видов

растений и животных – все эти и другие экологические проблемы люди склонны

объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в

чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие

общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

Наука - это социальный институт, и он теснейшим образом связан с развитием

всего общества. Сложность, противоречивость современной ситуации в том, что

наука, безусловно, причастна к порождению глобальных, и, прежде всего,

экологических, проблем цивилизации (не сама по себе, а как зависимая от

других структур часть общества); и в то же время без науки, без дальнейшего

ее развития решение всех этих проблем в принципе невозможно. И это значит,

что роль науки в истории человечества постоянно возрастает. И потому всякое

умаление роли науки, естествознания в настоящее время чрезвычайно опасно, оно

обезоруживает человечество перед нарастанием глобальных проблем

современности. А такое умаление, к сожалению, имеет подчас место, оно

представлено определенными умонастроениями, тенденциями в системе духовной

культуры. О некоторых из них надо сказать особо.

Список литературы

1. Т.Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания». Издательство

«ЮКЕА», Новосибирск, 1997.

2. Пуанкаре А. О науке. М., 1999.

3. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к

сложным системам. М., 2000.

4. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы

будущего. М. 1997.

5. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. М.: МГУК, 2000 г.

6. Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург,

Питер, 1999 г.