Естествознание: основные понятия

Предмет изучения. Предмет естествознания - различные формы движения материи в природе: их материальные носители (субстраты), образующие лестницу последовательных уровней структурной организации материи, их взаимосвязи, внутренняя структура и генезис; основные формы всякого бытия - пространство и время; закономерная связь явлений природы как общего характера, так и специфического характера.

Науки о земле и космосе. Предмет изучения. Астрономия - наука о строении и развитии космических тел, образуемых ими систем и Вселенной в целом. Геология - комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и Земли. География - система естественных (физико-географических) и общественных (экономико- и социально-географических ) наук, изучающих географическую оболочку Земли, природные, производственно-территориальные и социально-территориальные комплексы и их компоненты.

1.15 Третий этап "новейшей" революции в естествознании. Началом 3-го этапа в естествознании было первое овладение атомной энергией в результате открытия деления ядра (1930) и последующих исследований, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Теперь в естествознании на ряду с физикой лидирует биология, химия, а также науки, смежные с естествознанием - космонавтика, кибернетика.

1.2 Науки, относящиеся к числу естественных. - физика, химия, биология, геология.

Взаимодействие естественных наук. Взаимная связь отраслей естествознания отражает общий ход развития всей природы от более простых, низших ступеней и форм до наивысших и сложнейших. Раздвоение природы на неживую и живую, которое зарождается в пределах химии (поскольку химические соединения дифференцируются на неорганические и органические) можно представить так:

физика неорганичес..(путь к неживой природе)

химия органическая (путь к живой природе)

1.16 Три основных современных направления в развитии естественных наук. В настоящее время изучение естественной науки сконцентрировано на трех главных фронтах: 1) изучение очень большого - (занимается астрономия, астрономы наблюдают все более отдаленные объекты и пытаются составить представление о том, как выглядит населяемый нами мир в макрокосмосе); 2) изучение очень малого - (представляет собой мир атомов. Мы сами и все вокруг нас состоит из атомов, для нас представляет первостепенный интерес как мы сложены); 3) изучение очень сложного (эта область принадлежит биологии)

Цели естествознания. Цели естествознания - двоякие: 1) находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления и 2) раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил и веществ природы.

1.10 Основные ступени общего хода развития естествознания. Общий ход познания природы проходит следующие основные ступени: 1) непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого; 2) анализ природы, расчленение ее на части, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиски отдельных причин и следствий; 3) воссоздание целостной картины на основе уже познанных частностей путем приведения в движение остановленного, оживление омертвленного, связывания изолированного раньше, т.е. на основе фактического соединения анализа с синтезом.

2.1 Корпускулярная и континтуальная концепции в описании природы. До 20-х годов XX века физическая картина мира складывалась из 2-х элементов - частиц и полей. Частицы - маленькие комочки материи - корпускулы, движущиеся по законам классической механики Ньютона. Каждая из них имеет 3 степени свободы - ее положение в пространстве задается 3-мя координатами. Если зависимость координат от времени известна, это дает исчерпывающую информацию о движении частицы.

Методы исследования, используемые в естествознании. Методы естествознания могут быть подразделены на группы: а) общие методы, касающиеся всего естествознания, любого предмета природы, любой науки; б) особенные методы - специальные методы, касающиеся не предмета естествознания в целом, а лишь одной из его сторон или же определенного приема исследований: анализ, синтез, индукция, дедукция; в) частные методы - это методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли естествознания, либо за пределами той отрасли естествознания, где они возникли.

1.11 Подготовительные периоды (исторические) к систематическому изучению природы. Первый подготовительный период - натурфилософский (зарождение элементов будущего естествознания) - характерен для древности. Второй период характеризуется господством схоластики и теологии в Западной Европе и спорадическими открытиями у арабо-язычных народов. Период механического и метафизического естествознания. Период открытия всеобщей связи и утверждения эволюционных идей в естествознании характеризуется стихийным проникновением диалектики в естествознании. Период "новейшей революции"

2.2 Механика Ньютона. Область применимости. Механику (динамику), основанную на законах Ньютона называют ньютоновской или классической механикой. Как показал опыт она оказывается верной для очень широкого круга явлений. С помощью законов Ньютона рассчитывают движение автомобилей и самолетов, искусственных спутников и космических кораблей, жидкостей и газов, электронов в кинескопе телевизора и т.д.

1.5 Физика. Предмет изучения. Физика - наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Вследствие этой общности физика и ее законы лежат в основе всего естествознания.

1.12 Характеристика кризиса и революции в науке. В 1913-1921 гг. на основе представлений об атомном ядре , электронах и квантах Н. Бор создает модель атома, разработка которой ведется соответственно периодической системе Д.И. Менделеева. Это сопровождается нарушением прежних представлений о материи и ее строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени. Это привело к кризису физики и всего естествознания.

2.3 Микро-, макро- и мегамиры. В настоящее время изучение естественной науки сконцентрировано на трех главных фронтах: 1) изучение очень большого - (занимается астрономия, астрономы наблюдают все более отдаленные объекты и пытаются составить представление о том, как выглядит населяемый нами мир в макрокосмосе); 2) изучение очень малого - (представляет собой мир атомов. Мы сами и все вокруг нас состоит из атомов, для нас представляет первостепенный интерес как мы сложены); 3) изучение очень сложного (эта область принадлежит биологии).

1.6 Химия. Предмет изучения. - наука, изучающая превращение веществ, сопровождающиеся изменением их состава или строения. В современной химии отдельные ее области: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, химия полимеров стали в значительной степени самостоятельными науками. На законах химии базируются такие технические науки, как химическая технология, металлургия.

1.13 Первый этап "новейшей" революции в естествознании. В середине 90-х годов XIX века началась новейшая революция в естествознании, главным образом в физике, а также в химии и биологии. В 1913-1921 гг. на основе представлений об атомном ядре , электронах и квантах Н. Бор создает модель атома, разработка которой ведется соответственно периодической системе Д.И. Менделеева. Это сопровождается нарушением прежних представлений о материи и ее строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени. Это был I этап революции в физике и во всем естествознании.

2.4 Элементарные частицы. Протон, нейтрон, позитрон. Атом состоит из мельчайших частиц, называемых элементарными частицами. Протон - самая тяжелая элементарная частица, ядро атома водорода, заряжен положительно. Нейтрон - обладает почти такой же массой как протон, но электрически нейтральна, входит в состав всех атомных ядер. Позитрон - положительно заряженная частица. ( обладающая такими же свойствами, что и электрон).- античастица электрона.

1.7 Биология. Предмет изучения. - совокупность наук о живой природе - об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

1.14 Второй этап "новейшей" революции в естествознании. - начался в середине 20-х годов XX века в связи с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности в общую квантово-релятивистскую концепцию. Происходит дальнейшее бурное развитие естествознания и в связи с этим продолжается коренная ломка старых понятий, главным образом тех, которые связаны со старой классической картиной мира.

2.5 Взаимодействие элементарных частиц. В физике называется воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. В механике Ньютона действие тел друг на друга количественно характеризуется силой. Более общей характеристикой взаимодействия является потенциальная энергия. Взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно, а лишь спустя конечное время.

2.6 Типы фундаментальных взаимодействий в природе. В природе, по современным данным, имеется лишь 4 типа взаимодействий (в порядке возрастания интенсивности): гравитационные взаимодействия, слабые взаимодействия (отвечающие за распад элементарных частиц), электромагнитные взаимодействия, сильные взаимодействия (обеспечивающие, в частности, связь частиц в атомных ядрах).

2.10 Волны де Бройля. Двуединое, корпускулярно-волновое представление о кванте электромагнитного излучения - фотона - было распространено Луи де Бройлем. В 1924 году Л. Де Бройль получил простую зависимость, в которой между собой связаны как карпускулярные (энергия, масса, скорость передвижения), так и волновые свойства материи. Он показал, что любая движущаяся частица характеризуется определенной длиной волны, которая обратно пропорциональна массе и скорости перемещения частицы. При этом коэффициентом пропорциональности является постоянная Планка.

Принцип дополнительности. - был высказан М. Бором. Из этого принципа следует, что получение экспериментальных данных об одних физических величинах неизбежно связано с изменением таких данных о величинах, дополнительных к первым (координата и импульс частицы) и лишь вся сумма исчерпывает информацию об объекте.

2.7 Концепция близкодействия. Согласно этой концепции, взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве. Так, всемирное тяготение осуществляется гравитационным полем.

2.11 Квантовая механика. Область применимости. Квантовая механика (волновая механика), теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц в заданных внешних полях; один из основных разделов квантовой теории. Квантовая механика впервые позволила описать структуру атомов и понять их спектры, установить природу химических связей, объяснить периодическую систему элементов. Законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства микроскопических явлений.

Принцип неопределенности. Вернер Гейзенберг математически выразил принцип неопределенности. Оказалось, что не только координату, но и импульс частицы невозможно точно определить. Согласно этому принципу, чем точнее определяется местонахождение данной частицы, тем меньше точности в определении ее скорости и наоборот.

Концепция дальнодействия. Взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает никакого участия в передаче взаимодействия, при этом передача взаимодействия происходит мгновенно. Так считалось, что перемещение Земли должно сразу приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну.