РАЗДЕЛ I

В.Н. САВЧЕНКО В.П. СМАГИН

НАЧАЛА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

КОНЦЕПЦИИ И ПРИНЦИПЫ

Учебное пособие

Ростов-на-Дону

Г.

УДК 50(075.8) ББК 20я73 КТК 100

С 13

Рецензенты:

В.Э. Осуховский, Д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой физики Тихоокеанского военно-морского института им. адм. СО. Макарова;

В.К.Батурин, д-р философских наук, профессор, действительный член Российской академии естественных наук

Савченко В.Н.

С 13 Начала современного естествознания: концепции и принципы: учебное пособие / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — 608 с. — (Высшее образование).

ISBN 5-222-09157-0

В данном пособии самым подробным образом рассмотрены основные естественноисторические этапы становления и развития науки, вопросы философии науки и естествознания, фундаментальные концепции, принципы и положения классического механистического и термодинамического, неклассического полевого и квантово-полевого и постнеклассического эволюционно-синергетического и диссипативно-структурного естествознания. Рассмотрены вопросы связи математики и отражаемой ей естественнонаучной реальности мира. В конце каждой главы и некоторых наиболее сложных параграфов даны резюме, предложены вопросы для обсуждения. Дано около 400 тем рефератов и свыше 400 тестовых вопросов для контроля усвоения и аттестации теоретического материала пособия.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения гуманитарных и социально-экономических специальностей вузов, а также для обучающихся по дистанционным технологиям. Пособие может быть полезно преподавателям данной учебной дисциплины и широкому кругу лиц других специальностей и профессий, в том числе, студентам естественнонаучных и инженерно-технических специальностей, всем, интересующимся вопросами истории, становления и развития классического, неклассического и постнеклассическтого естествознания, а также проблемами естествознания новейшего времени и его ролью в развитии науки и культуры.

ISBN 5-222-09157-0 УДК 50(075.8)

ББК 20я73

© Савченко В.Н., Смагин В.П., 2006

© Оформление: издательство «Феникс», 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 6

РАЗДЕЛ I. 9

Теоретико-концептуальный и естественноисторический. 9

1. Принципы, методы и философские концепции науки и естественнонаучного познания. 9

1.1. Определение науки и естествознания как отрасли науки. 9

1.2. Наука и ненаука. Принципы или критерии научности. 11

1.3. Структура, эмпирический и теоретический уровни и цель естественнонаучного познания 12

1.4. Методы научного познания. 14

1.5. Философия науки и динамика научного познания в концепциях К. Поппера, Т. Куна и И. Лакатоса 15

1.6. Основные этапы развития научной рациональности (науки) - классический, неклассический и постнеклассический. 17

2. Генезис основных концептуальных понятий современного естествознания античными и средневековыми цивилизациями. 20

2.1. Роль и значение мифов в становлении науки и естествознания. 21

2.2. Античные ближневосточные цивилизации. 23

2.3. Античная Эллада (Древняя Греция) 26

2.4. Античный Рим.. 37

2.5. Античный Китай. 40

2.6. Античная Индия. 42

2.7. Арабское средневековье. 43

2.8. Древняя Месоамерика — естествознание народа майя. 45

2.9. Древние и средневековые Византия и Русь. 46

2.10. Западноевропейское средневековье. 49

2.11. Эпоха Возрождения. 52

3. Концепции и принципы классического физического – механистического и термодинамического естествознания. 54

3.1. Объекты физического познания и структура физических наук. 54

3.2. Концепции предклассического механистического естествознания. 55

3.3. Ньютоновы принципы классического механистического естествознания. 58

3.4. Энергия, теплота, закон сохранения энергии и первое начало (принцип) термодинамики 61

3.5. Понятие качества энергии, энтропия, второе начало (принцип) термодинамики и принцип минимума производства энтропии. 65

4. Концепции и принципы неклассического - полевого, квантового и квантово-полевого физического естествознания. 70

4.1. Электромагнитное поле фарадея-Максвелла, электромагнитное взаимодействие и принципы специальной теории относительности - теории пространства-времени Эйнштейна и Минковского 70

4.2. Поле всемирного тяготения, гравитационное взаимодействие и постулаты общей теории относительности Эйнштейна - теории пространства, времени, материи, тяготения и движения 73

4.3. Концепции и принципы квантового естествознания. 81

4.4. Квантово-полевой микромир сильного и слабого взаимодействий, принципы квантовой хромодинамики и систематики элементарных частиц. 83

5. Фундаментальные принципы и обобщенные положения современного физического естествознания 88

5.1. Концепции пространство и время. 88

5.2. Принципы относительности движения — классический, релятивистский и к средствам наблюдения. 90

5.3. Концепции корпускулярности, континуальности и корпускулярно-волнового дуализма 92

5.4. Концепции симметрии, инвариантности и законы сохранения. 93

5.5. Концепции физического вакуума. 95

5.6. Основополагающие принципы и понятия физического естествознания. 97

5.7. Физическое естествознание как целостная система знаний. 99

6. Космологические и космогонические концепции естествознания о Вселенной. 101

6.1. Вселенная как понятие и объект познания. 101

6.2. Планеты, звезды, галактики и их структуры во Вселенной. 102

6.3. Начало космологии, фридмановские космологические модели, разбегание галактик и расширение Вселенной. 103

6.4. Космогоническая гипотеза Леметра, гипотеза Гамова «горячей сингулярности», «большой взрыв» и ранние эпохи образования Вселенной. 107

6..5. Реликтовое излучение Гамова. 112

6.6. Космологический Горизонт и крупномасштабная (ячеистая) структура Вселенной. 113

7. Естествознание о Земле и планетах Солнечной системы.. 116

7.1. Планетная космогония. 116

7.2. Геосферы и эволюция Земли. 118

7.3. Геохронологическая и стратиграфическая шкалы.. 121

7.4. Географическая оболочка Земли. 122

8. Концепции и принципы химического естествознания. 124

8.1. Эволюция звезд, происхождение химических элементов и планетная химическая эволюция 124

8.2. Донаучный этап химии — ремесленная химия и алхимия античности и средневековья 129

8.3. Главная задача химии и основные этапы ее развития. 130

8.4. Концепции химии об элементах и периодический закон Менделеева химических элементов 131

8.5. Концепции структуры химических соединений (структурной химии) 132

8.6. Концепции и законы химических процессов (реакций) 134

8.7. Концепции и принципы эволюционной химии и самоорганизации эволюционных химических систем.. 134

9. Концепции и принципы биологического естествознания. 137

9.1. Объекты биологического познания и структура биологических наук. 137

9.2. Гипотезы возникновения жизни и генетического кода. 138

9.3. Концепции начала и эволюции жизни. 142

9.4. Системная иерархия организации живых организмов и их сообществ. 145

9.5. Экосистемы, экология и взаимоотношения живых существ. 148

9.6. Основные концепции этологии. 151

9.7. Энергетические и энтропийные процессы (энергетика) жизни. 153

10. Концепции и гипотезы естествознания о человеке. 157

10.1. Теическая гипотеза происхождения человека (творение Бога) 158

10.2. Эволюционные концепции происхождения человека. 158

10.3. Мутационные гипотезы происхождения человека. 161

10.4. Концепции этнологии. 163

10.5. Теория пассионарности Л. Н. Гумилева. 164

10.6. Совместная эволюция человека и биосферы.. 167

11. Антропный принцип и мега-история Вселенной. 174

11.1. О понятии мега-истории Вселенной. 174

11.2. Предыстория антропного принципа. 175

11.3. Этапы и процессы панкосмогенеза. 176

11.4. О базовых параметрах Вселенной и Галактики (Млечного Пути) 179

11.5. Тонкая согласованность физических законов и мировых констант. 182

11.6. Магия (мистика) больших чисел. 183

11.7. Слабая формулировка антропного принципа. 185

11.8. Сильная и сверхсильная формулировки антропного принципа. 186

11.9. О кризисе планетарного цикла мега-истории Вселенной. 187

12. Концепции постнеклассического естествознания и теорий самоорганизации. 190

12.1. Возникновение и становление концепций постнеклассического естествознания. 190

12.2. Динамика возникновения диссипативных структур. 191

12.3. Устойчивость структур и механизм их эволюции. 194

12.4. Механизмы потери устойчивости структур, катастрофы, бифуркации, математическая теория катастроф и прогнозы будущего. 196

12.5. Природные диссипативные структуры (стихии) 202

12.6. Фракталы, сети и сетевые структуры природы и общества. 203

12.7. Фундаментальные концепции постнеклассического естествознания. 205

12.8. К проблеме постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук 209

13. Математика и естественнонаучная реальность мира. 216

13.1. Математизация как принцип целостности естествознания. 216

13.2. Математика, математическая истина и теория познания. 219

13.3. Непостижимая эффективность математики. 222

Заключение. 226

РАЗДЕЛ II. 228

Список тем рефератов. 228

Темы рефератов «Образы природы античного, раннего (средневековья и эпохи Возрождения) и классического (эпохи Нового времени) естествознания» (1 семестр) 228

Темы рефератов по разделу «Концепции естествознания Новейшего времени» (2 семестр) 231

Тематика рефератов «Биографические очерки и творчество великих ученых». 235

РАЗДЕЛ III. Контрольно-аттестационный. 240

Тесты к главе 1. 240

Принципы, методы, философские концепции науки и естественнонаучного познания. 240

Тесты к главе 2. 244

Генезис основных концептуальных понятий современного естествознания в античных и средневековых цивилизациях. 244

Тесты к главам 3, 4 и 5. 250

Концепции и принципы классического и неклассического физического естествознания. 250

Тесты к главам 6 и 7. 267

Космологические и космогонические концепции и гипотезы естествознания о Вселенной, о Земле и планетах Солнечной системы.. 267

Тесты к главе 8. 276

Концепции и принципы химического естествознания. 276

Тесты к главе 9. 285

Концепции и принципы биологического естествознания. 285

Тесты к главам 10 и 11. 297

Концепции естествознания о человеке, антропный принцип и Мега-история Вселенной. 297

Тесты к главе 12. 301

Концепции постнеклассического естествознания и теории самоорганизации. 301

Тесты к главе 13. 305

Математика и естественнонаучная реальность мира. 305

Ключи к тестам.. 308

ЛИТЕРАТУРА.. 317

Предисловие

Популяризация достижений в области естествознания или ее отдельных наук, таких как физика, химия, биология, география, геология, палеонтология, антропология, всегда была предметом интересов многих крупных ученых. В недавнем прошлом как отечественные, так и зарубежные ученые написали немало замечательных книг, раскрывающих достаточно просто, но в то же время точно основы тех или иных наук. Среди них в первую очередь надо отметить книгу великого Альберта Эйнштейна и его тогдашнего ассистента Леопольда Инфельда «Эволюция физики», появившуюся на свет в 1938 году. «Мысль о книге родилась в голове у Эйнштейна, — вспоминал позже Л. Инфельд. — Ой намеревался написать популярную книгу, содержащую основные идеи физики в ее логическом развитии. По Эйнштейну, в физике имеется лишь несколько принципиальных идей, и они могут быть выражены словами. Ни один ученый не мыслит формулами (выделено нами. — Авт.), — говорил он часто». В книге Эйнштейна и Инфельда дается «представление о вечной борьбе изобретательного человеческого разума за более полное понимание законов, управляющих физическими явлениями», в ней показано, как каждая последующая уточненная картина мира закономерно сменяет предыдущую научную картину. В 60-70-е годы появились книги В. Вай-скопфа «Наука и удивительное», Р. Пайерлса «Законы природы», Р. Фейнмана «Характер физических законов», Нильса Бора «Атомная физика и человеческое познание», Иосифа Шкловского «Вселенная. Жизнь. Разум», Ф. Кем-пфера «Путь в современную физику» Тогда же родоначальник всемирно известного курса теоретической физики, советский физик, лауреат нобелевской премии Лев Ландау, в соавторстве с А. Китайгородским и Ю. Руме-ром, написал популярные книги «Физика для всех» и «Что такое теория относительности». Широкий мировой резонанс вызвала лекция «Две культуры и научная революция», прочитанная английским писателем Чарльзом Сноу в 1959 г. в Кембридже (Англия), затем его книга «Две культуры», в которых рассматривались вопросы взаимодействия гуманитарной и естественнонаучной культур. Несколько позднее на полках книжных магазинов появилась книга выдающегося английского астрофизика Стивена Хокинга «Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр», популярно излагавшая представления о рождении и эволюции Вселенной. Эти книги и проблемы, поднятые в них, предопределили появление в середине 90-х годов в вузах России новой учебной дисциплины — «Концепции современного естествознания». Основные идеи этой дисциплины были заложены в ряде монографий математика и философа академика Никиты Моисеева, программных статьях А. Суханова, В. Арши-нова и В. Буданова «Естественнонаучное образование гуманитариев: на пути к единой культуре» (журнал «Общественные науки и современность», 1994) и А. Суханова «Целостность естественнонаучного образования» (журнал «Высшее образование в России», 1994).

В последней статье профессора А. Суханова впервые была дана примерная программа обсуждаемой дисциплины, вскоре положенная в основу государственного образовательного стандарта. С того времени эта дисциплина — «Концепции современного естествознания» — является обязательным федеральным компонентом по специальностям и направлениям гуманитарного и социально-экономического профиля.

Цели преподавания предлагаемой дисциплины, по сути, направлены на:

? понимание специфики естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры, ее связей с особенностями мышления;

? формирование представлений о ключевых особенностях стратегий естественнонаучного мышления;

? понимание сущности трансдисциплинарных и междисциплинарных связей и идей и важнейших естественнонаучных концепций, лежащих в основе современного естествознания;

? осознание проблем экологии и безопасности жизнедеятельности общества в связи с основными концепциями и законами естествознания;

? формирование представлений о смене типов научной рациональности, о революциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания;

? понимание роли исторических, естественноистори-ческих и социокультурных факторов и законов самоорганизации в процессе развития естествознания и техники, а также в процессе диалога науки и общества;

? формирование представлений о естественнонаучной картине мира как глобальной (универсальной) модели природы, отражающей целостность и многообразие естественного мира.

Основные задачи изучения дисциплины состоят в том, чтобы выработать представления:

? об основных этапах развития естествознания, гали-леево-ньютоновской (классической), неклассической (квантово-полевой) и постнеклассической (эволюционо-синергетической) парадигмах естествознания, об особенностях современного естествознания;

? о принципах научности, методологии и философии науки;

? о концепциях пространства и времени;

? о принципах симметрии и законах сохранения;

? о понятии состояния в естествознании;

? о корпускулярных и континуальных традициях в описании природы;

? о динамических и статистических закономерностях в естествознании;

? о соотношении порядка и беспорядка (хаоса) в природе;

? о самоорганизации в живой и неживой природе;

? об иерархии структур и элементов материи микро-, макро- и мегамиров;

? о взаимосвязях физических, химических и биологических процессов;

? о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе;

? о биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы и принципах систематики;

? о физиологических основах психики, социального поведения, экологии и здоровья человека;

? о месте человека в естественной истории Земли, ан-тропном принципе, о ноосфере и парадигме единой культуры.

Достаточно полно цели и задачи курса сформулировал известный русский современный философ Ю. Г. Волков в одной из своих книг: «В современных условиях физические, химические, биологические, социальные науки изучают отдельные стороны, процессы Вселенной, создавая частичное знание о мире. Синтетические, стыковые науки: физическая химия, геохимия, биофизика, биогеохимия (В. П. Вернадский) — изучают целостно лишь отдельные процессы Вселенной. Космология рассматривает только физический и физико-химический аспект мироздания. В действительности Вселенная не расчленена на отдельные природные и социальные процессы, во Вселенной они выступают в органическом единстве как единое целое. Эволюция Вселенной в прошлом и настоящем имеет направленность на самопознание, потому что человек и его общество являются неотъемлемой рефлекторной частью мироздания. Чтобы рассмотреть Вселенную как единое органическое целое, необходима особая целостная форма идеологии, которая будет представлять собой синтез философского, научного, художественного, экологического знания, дающая целостное знание о мире, о месте и роли человека в нем».

Авторы выражают глубокую благодарность докторам физико-математических наук, профессорам Осуховско-му В. Э. и Юдину В. В., доктору биологических наук, профессору Лукьяновой О. Н., доктору философских наук, профессору Ячину С. Е., доктору философских наук, профессору Батурину В. К., доктору географических наук, профессору Пушкарю В. С. и доктору геолого-минералогических наук, профессору Слезину Ю. Б., которые в разные годы рецензировали и обсуждали наши книги по концепциям современного естествознания, указывали на определенные упущения и неточности в изложении тех или иных принципиальных вопросов курса, предлагали свои варианты, чем способствовали улучшению содержания и качества нашего учебного пособия. Вместе с тем, только мы несем ответственность за изложение того, что и как представлено в данной книге.

Обращаем внимание всех наших читателей, что выделенные курсивом или жирным шрифтом фрагменты текста содержат наиболее важный или наиболее значимый материал, знание которого необходимо для качественного освоения предлагаемого учебного курса.

Все замечания читателей по улучшению содержания учебного пособия будут с благодарностью приняты.

РАЗДЕЛ I

Дата добавления: 2015-09-05