Современная естественно-научная картина мира

Можно выделить следующие открытия в естествознании, которые привели к научным революциям в XX веке.

Астрономия: модель Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной.

Геология: тектоника литосферных плит.

Физика: смещение точки отсчета от матери к энергии и от вещества к полю.

Теория относительности: относительность пространства и времени.

Квантовая механика: корпускулярно-волновой дуализм.

Синергетика: становление новых структур в неживой природе.

Биология: модели происхождения жизни.

Генетика: механизм воспроизводства жизни.

Экология: взаимодействие живого со средой.

Этология: формы поведения организмов.

Социобиология: соотношение естественного и социального.

Кибернетика: управление в неживой и живой природе.

Психоанализ: роль бессознательного в человеческой психике.

Эти научные революции позволили сформулировать следующие общие закономерности развития мира:

1. Эволюция природы (от Вселенной до кварков).

2. Самоорганизация (от неживых систем до биосферы).

3. Системность связи неживой природы, живой природы и человека (в экологии).

4. Имманентность природных систем пространству и времени (в теории относительности).

5. Относительность разделения на субъект и объект (в квантовой механике и синергетике).

Появились новые общенаучные концепции и подходы: системный (исследование предметов как систем), структурный (исследование уровней организации), вероятностный (применение вероятностных методов) и т. п.

Научные достижения XX века позволяют нарисовать следующую современную естественнонаучную картину мира.

Уровни организации	Часть пространства	Наука	Вид эволюции
Вселенная	Мегамир	Космология	Космическая
Галактика	- «-	Астрономия	- «-
Звездные системы	- «-	- «-	- «-
Планета	- «-	Геология	Геологическая
Биосфера	Макромир	Экология	Экологическая
Сообщество	- «-	Этология	Биологическая
Популяция	- «-	- «-	- «-
Вид	- «-	- «-	- «-
Индивид	- «-	- «-	- «-
Клетка	Микромир	Генетика	- «-
Молекула	- «-	Химия	Химическая
Атом	- «-	Физика	Физическая
Элементарная частица	- «-	- «-	- «-
Кварк	- «-	- «-	- «-

Можно построить и более подробную картину, выделив такие уровни организации, как ядро атома, ядро клетки, макромолекула, кристалл, человек, ноосфера и т. д.

Принципы организации современного естествознания

Естествознание — совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах.Современное естествознание -характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных, возрастанием роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в вероятные области обнаружения новых явлений. Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохранилась. Построение современное естествознания исходит из нескольких принципов: системности, историчности, эволюционизма, самоорганизации.

1. Принцип системности -или изучение целостного, составленного из упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных между собой. При этом можно рассматривать как первичные неделимые элементы системы их свойства, поведение и взаимодействие так и систему в целом, ее взаимосвязь с другими системами. Часто на практике исследуемая система сознательно упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

2. Принцип историчности -состоит впоэтапном развитииестествознания, где новые теории могут быть выделены опираясь на уже некоторые достижения и исторический опыт. Но при этом они не обязательно дублируют их, и даже напротив могут отрицать или корректировать.

3. Принцип эволюционизма -связан с постепенным усложнением и повышением организации живых существ и явлений. Это принцип необратимости, выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим.

4. Принцип самоорганизации - после выхода из равновесия системы в ней реализуется механизм самопроизвольного упорядочивания, и возникновения нового относительно устойчивого состава. т.е. она самоорганизуется и приобретает способности выдерживать опр. влияния не теряя своих свойств.

7.3. Квантовая лестница

Индивидуальность

и

стабильность

квантовых состояний име-

ют определенные

ограничения

. Атом обладает единообразной и

специфической конфигурацией лишь до тех пор, пока не возмущен

извне эффектами достаточно сильными, чтобы возбудить его в

более высокие квантовые состояния. При очень энергичном внеш-

нем воздействии индивидуальность квантовых эффектов исчезает,

и система приобретает характер классический, непрерывный, как

это и требует принцип соответствия.

Квантовый характер механической системы имеет ограни-

чения

; он проявляется лишь до тех пор, пока возмущающие фак-

торы слабее, чем энергия возбуждения высоколежащих квантовых

состояний. Этот порог возбуждения зависит от характера системы.

Например, очень малая энергия требуется, чтобы изменить кван-

товое состояние большой молекулы; значительно большая энергия

нужна для изменения состояния атома, и в тысячу раз большая

энергия требуется, чтобы произвести изменения внутри атомно-

го ядра. Это и есть

характерная последовательность условий

,

которую В. Вайскопф назвал

квантовой лестницей

.

При низкой температуре молекулы вещества связаны в кри-

сталл, в котором одна часть идентична другой. При его нагре-

вании до более высокой температуры происходит плавление или

испарение, а кристалл превращается в жидкость или газ. В газе

при определенных температурах каждая молекула движется неза-

висимо от других по своей траектории. Движения молекул уже

не сходны между собой, но сами они остаются одинаковыми, вза-

имодействуя между собой подобно столкновениям биллиардных

шаров. При более высоких температурах, когда энергия соударе-

ний превосходит энергию возбуждения частицы, в энергетический

обмен начинает также вносить вклад внутреннее движение атомов

и электронов. При достижении определенной температуры газ на-

чинает светиться – излучать свет.

При дальнейшем увеличении энергии молекулы расщепляются

на атомы, а далее от атомов отрываются электроны – атомы теря-

ют свою индивидуальность и специфичность. Электроны и атом-

ные ядра движутся свободно, случайным образом. Эта ситуация

встречается в звездах, но может быть создана и в лабораторных

условиях, например, в плазме. При таких энергиях атомные яд-

ра еще находятся в своих основных состояниях, они идентичны и

имеют вполне определенные свойства, тогда как атомы уже поте-

ряли свои специфические качества. Когда в систему вводят энер-

гию в миллион и более эВ, например в больших ускорителях,

начинают возбуждаться более высокие квантовые состояния ядер

или даже они расщепляются на протоны и нейтроны, теряя при

этом свою индивидуальность и характерные свойства, становясь

классическим газом протонов и нейтронов. В современных уско-

рителях имеется возможность передавать протонам и нейтронам

такую огромную энергию, что начинает раскрываться их внутрен-

няя структура. Развитие техники в этом направлении приводит к

открытию новых структур.

Понятие квантовой лестницы позволяет раскрыть структуру

Вселенной. При исследовании на уровне энергии атомов нас не

должна интересовать внутренняя структура ядер. Когда изучают

механику газов, внутреннее строение атома также не имеет зна-

чения. В первом случае ядра можно рассматривать как элемен-

тарные частицы (идентичные неизменные объекты); во втором –

аналогично можно рассматривать каждый атом.

Проследим, что происходит, когда энергия или температура из-

меняются в обратном направлении, т.е. при спуске по квантовой

лестнице с наивысшей известной ступени. Таковым может быть

газ протонов, нейтронов и электронов при исключительно огром-

ной температуре, соответствующей энергии нескольких десятков

миллионов эВ и больше. Здесь, по сути дела, существуют только

три различные элементарные частицы, движение которых носит

совершенно случайный характер. При более низкой энергии, на-

пример меньше миллиона эВ, протоны и нейтроны уже образуют

атомные ядра. Теперь картина приобретает больше специфических

черт. Существует много различных типов ядер, каждое из которых

представляет вполне определенное индивидуальное состояние. Но

и здесь движение электронов и протонов случайно, неупорядочен-

но и непрерывно меняется. При еще более низкой энергии, напри-

мер как на поверхности Солнца, электроны попадают в упорядо-

ченные квантовые состояния, локализованные около ядер. На этой

ступени квантовой лестницы появляются атомы с их специфиче-

скими индивидуальностями и химическими свойствами. Опуска-

ясь далее до энергий десятых долей эВ, атомы могут образовывать

молекулы, набор которых более разнообразен, чем атомов. Но они

являются менее стабильными, чем атомы.

Дальнейший спуск до 0,01 эВ, соответствующей комнатной

температуре, приводит к образованию жидкости и кристаллов,

увеличивая разнообразие возможных состояний вещества. Далее

среди специфичных состояний материи возникают живые организ-

мы, которые отличаются способностью к

самовоспроизведению

путем сборки из более простых молекул.

Для существования жи-

вой материи требуется определенный интервал температур

,

вне которого жизнь существовать не может. С этой точки зрения

человеческая жизнь, мысли и чувства – не более чем проявление

одной из стадий развития мира.

Из изложенного можно сделать вывод, что материи присуща

склонность к образованию качественно выделенных специфиче-

ских форм, склонность, имеющая в своей основе

стабильность

и индивидуальность квантовых состояний

, или, другими слова-

ми,

материи присуще саморазвитие

.

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю (невозможно построить замкнутый цикл, проходящий через точку с нулевой температурой).

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Дата добавления: 2015-08-17