Концепция современного естествознания

1.  Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира

 

Тема 2-01-01. Научный метод познания

Методология

Свойства научного знания:

- объективность

- достоверность

- точность

- системность

Эмпирическое познание (происходит накопление эмпирического материала (научные факты, эмпирические обобщения), преобладает чувственное познание) и теоретическое познание (на этом уровне происходит выявление законов, преобладает рациональное познание. Формы теоретического знания: проблема, гипотеза, теория)

Методы научного познания:

- наблюдение (чувственное отражение явлений)

- измерение (определение количественных значений свойств объектов с помощью приборов)

- индукция (получение общего вывода на основе частных посылок)

- дедукция (получение частных выводов на основе общих положений)

- анализ (разделение объекта на части)

- синтез (соединение частей объекта, познание его в единстве и взаимосвязи частей)

- абстрагирование (мысленное отвлечение от несущественных свойств объекта)

- моделирование (изучение с помощью модели)

- эксперимент (активное, строго контролируемое воздействие исследователя на объект)

Гипотеза

Требования к научным гипотезам:

- соответствие эмпирическим фактам

- проверяемость (принципы верификации (эмпирическая подтверждаемость) и фальсификации (эмпирическая опровергаемость))

Научная теория (система законов, объясняющая явления в определенной области действительности)

Область применимости теории

Принцип соответствия (новая научная теория содержит в себе в качестве частного случая старую теорию, справедливость которой установлена экспериментально)

Тема 2-01-02. Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Естествознание как комплекс наук о природе (естественных наук (физика, химия, биология, астрономия, география, геология, экология)

Дифференциация наук (разделение наук на отдельные дисциплины)

Интеграция наук (объединение наук)

Гуманитарные науки (науки об обществе и человеке)

Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:

- субъективность знания

- нестрогий образный язык

- интерес к индивидуальным свойствам изучаемых предметов

- сложность (или невозможность) верификации и фальсификации

Математика как язык естествознания

Псевдонаука как имитация научной деятельности (астрология, уфология, парапсихология, биоэнергетика)

Отличительные признаки псевдонауки:

- фрагментарность

- некритический подход к исходным данным

- невосприимчивость к критике

- отсутствие общих законов

- неверифицируемость и/или нефальсифицируемость псевдонаучных данных

Тема 2-01-03. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития)

 

Научная (исследовательская) программа (серия сменяющих друг друга теорий, объединенных основополагающими принципами)

Древняя Греция: появление программы рационального объяснения мира

Принцип причинности в первоначальной форме (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение (причина должна предшествовать следствию)

Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита: всё состоит из дискретных атомов; всё сводится к перемещению атомов в пустоте

Континуальная исследовательская программа Аристотеля: всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте

Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ

Научная (или натурфилософская) картина мира как образно-философское обобщение достижений естественных наук

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира:

- о материи

- о движении

- о взаимодействии

- о пространстве и времени

- о причинности, закономерности и случайности

- о космологии (общем устройстве и происхождении мира)

Натурфилософская картина мира Аристотеля (геоцентризм)

Научные картины мира: механическая (17 в.), электромагнитная (19 в.), неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная

 

Тема 2-01-04. Развитие представлений о материи

Фалес: проблема поиска первоначала (Фалес: первоначалом всего сущего является вода)

Абстракция материи (материя – объективная реальность)

Механическая картина мира: единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных корпускул

Материальная точка — основная абстракция классической механики (тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь)

Атомно-молекулярное учение

Учение о составе — первый уровень научного химического знания

Учение о строении — второй уровень научного химического знания

Электромагнитная картина мира: две формы материи — вещество и непрерывное электромагнитное поле

Волна как распространяющееся возмущение физического поля

Длина волны

Спектр электромагнитных волн (по мере уменьшения длины волны: радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение)

Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн (если источник отдаляется от наблюдателя, то измеряемая длина волны увеличивается)

Современная научная картина мира: три формы материи — вещество, физическое поле, физический вакуум

Тема 2-01-05. Развитие представлений о движении

 

Гераклит: идея безостановочной изменчивости вещей

Учение Аристотеля о движении как атрибуте материи и разнообразии форм движения

Механическая картина мира: единственная форма движения — механическое перемещение

Описание механического движения материальной точки: координаты, скорость, траектория

Система отсчёта, её основные элементы: тело отсчета, система координат («линейка»), часы

Первый закон Ньютона (закон инерции): сохранение скорости тела в отсутствие воздействий на него

Второй закон Ньютона: воздействие на тело вызывает изменение его скорости (ускорение) F=ma

Электромагнитная картина мира: движение — не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн)

Волновые процессы: интерференция и дифракция (огибание волнами препятствий)

Понятие состояния системы как совокупности данных, позволяющих предсказать её дальнейшее поведение

Движение как изменение состояния

Химическая форма движения: химический процесс

Учение о закономерностях химических процессов — третий уровень научного химического знания

Биологическая форма движения: процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы

Эволюционная химия — четвёртый уровень научного химического знания

Современная научная картина мира: эволюция как универсальная форма движения материи

Многообразие форм движения, их качественные различия и несводимость друг к другу

Тема 2-01-06. Развитие представлений о взаимодействии

 

Представления Аристотеля о взаимодействии: одностороннее воздействие движущего на движимое; первоначальная форма концепции близкодействия (передача воздействия только через посредников, при непосредственном контакте)

Механическая картина мира:

- возникновение концепции взаимодействия (третий закон Ньютона) (F=-F действие равно противодействию)

- открытие фундаментального взаимодействия (закон всемирного тяготения)

- принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния)

Электромагнитная картина мира:

- открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное)

- возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передаётся только через материального посредника — физическое поле — с конечной скоростью)

- полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создаёт соответствующее поле, которое действует на соответствующие заряды)

Современная научная картина мира:

- четыре фундаментальных взаимодействия (по мере увеличения интенсивности: гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное), (гравитационное (самое слабое, в нем участвуют все частицы, распространяется сколь угодно далеко), электромагнитное (участвуют только заряженные частицы, распространяется сколь угодно далеко), сильное (образование атомных ядер из протонов и нейтронов, а также протонов и нейтронов из кварков, действует на коротком расстоянии, участвуют только адроны) и слабое (распады ядер, взаимопревращение элементарных частиц, действует на коротком расстоянии, участвуют все частицы))

- квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами)

- частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий (фотоны (электромагнитное), гравитоны (гравитационное), глюоны (сильное), промежуточные векторные бозоны (слабое))

- характеристики фундаментальных взаимодействий определяются свойствами частиц-переносчиков: масштабы, в которых эффективно фундаментальное взаимодействие, определяются массой его частиц-переносчиков и способностью его зарядов взаимно компенсироваться

Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами:

- микромира (сильное, слабое и электромагнитное)

- макромира (электромагнитное)

- мегамира (гравитационное)

Примеры объектов, стабильность которых обеспечивается конкретным видом взаимодействия:

- атом, молекула, вещество – электромагнитное

- планетные системы, галактики - гравитационное

- ядра атомов - сильное

Между звездами и планетами – гравитационное, между атомами, молекулами, между атомным ядром и оболочкой – электромагнитное; химическое движение имеет электромагнитную природу