1. Естествознание как особая форма освоения объективной реальности. Статус естествознания в современном мире
 Скачать 112.74 Kb.
|
|
7. Применение математических методов в естествознании. Классическое естествознание, выросло на применении экспериментально-математических методов. «Книга природы написана на языке математики»,-утверждал Галилей. «В каждом знании столько истины, сколько есть математики», -вторил ему Кант. Выгода естествознания от использования математики многообразны. Во многих случаях математика выполняет роль универсального языка естествознания. Все, что можно описать языком математики, поддается выражению и на обычном языке. Но изъяснение в этом случае может оказаться стол длинным и запутанным, что это сильно усложнит жизнь. Математический язык же краток и компактен. Однако главное достоинство математики, столь привлекательное для ученых-естественников, заключается в том, что она способна служить источником моделей, алгоритмических схем для связей. Поскольку в математических формулах и уравнениях воспроизведены некие общие соотношения свойств реального мира, они имеют обыкновение повторяться в разных его областях. На этом соображении построен такой своеобразный метод естественно-научного познания, как математическая гипотеза. В ней идут не от содержания гипотезы к математическому ее оформлению, а наоборот, пробуют к уже готовым математическим формам подобрать некое конкретное содержание. Австрийский физик Шредингер, поверив в волновую гипотезу движения элементарных частиц, сумел найти соответствующее уравнение, которое формально ничем не отличается от хорошо известного классической физике уравнения колебаний нагруженной струны.Но дав членам этого уравнения совершенно иную интерпретацию (квантово-механическую), в итоге сумл получить волновой вариант квантовой механики. Роль математики в современном естествознании трудно переоценить. Достаточно сказать, что ныне новая теоретическая интерпретация какого-либо явления считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные закономерности этого явления. 8.Становление научного подхода познания и освоения мира. Главное назначение научной деятельности – получение знаний о реальности. Человечество накапливает их уже давно. Однако большая часть современного знания получена все лишь за два последних столетия. Такая неравномерность обусловлена тем, что именно в этот период наука развернула свои, многочисленные возможности, превратилась в самостоятельную отрасль духовного производства. По большому историческому счету наука – сравнительно молодое социальное образование. Ей никак не более 2,5 тыс лет. Хотя вопрос о точной дате рождения науки и является ныне дискуссионным, все же достаточно определенную границу между наукой и преднаукой провести можно. 9. Основные этапы развития естествознания. Европейской родиной науки считается Древняя Греция. В родоначальниках науки греки оказались вовсе не потому, что больше других накопили фактических знаний или технических решений. Древнегреческие мудрецы не просто собирали и накапливали факты, суждения, откровения или высказывали новые предложения, они начали их доказывать, аргументировать, т.е. логически выводить одно знание из другого, тем самым придавая ему систематичность, упорядоченность и согласованность. Причем была сформирована не только привычка к доказательству, но проанализирован и сам процесс доказывания, создана теория доказательств – логика Аристотеля. Иными словами, был определен метод наведения порядка в хаотичном прежде мире разнообразных опытных знаний, рецептов, решений. Созданная античными мыслителями логика относилась уже не к самому познавательному миру непосредственно, а к мышлению о нем! Т.е. объектом анализа стали ни вещи или стихии, а их мыслительные аналоги – абстракции, понятия, суждения, числа, законы. Античная наука дала и первый, доныне непревзойденный образец, канон построения законченной системы теоретического знания – геометрию Евклида. Смысл канона – в выведении из небольшого количества исходных утверждений (аксиом и постулатов) всего многообразия геометрического знания. Благодаря всем этим новациям античная культура за очень короткий исторический срок создала замечательные математические теории (Евклид), космологические модели (Аристарх Самосский), сформировала ценные идеи целого ряда будущих наук – физики, биологии. 10. Естественно-научная картина мира. Словосочетание научная картина мира подразумевается некую аналогию между совокупностью описывающих реальный мир научных абстракций и этаким большущим живописным полотном, на котором художник компактно разместил все предметы мира. Настоящие живописные полотна имеют один существенный недостаток – степень сходства с изображаемым объектом порой бывает, далека от желаемой. В стремлении добиться максимального изображения человечество изобрело фотографию, потом изобрели кинематограф. Античный ученый мир рисовал свою картину с большой долей фантазии и выдумки, сходство и с изображением было минимальным. Ньютоновская картина мира стала суше, строже и во много раз точнее (этакая черно-белая фотография, местами, правда, неясная). Нынешняя научная картина мира «оживила» неподвижную доселе Вселенную, обнаружила в каждом ее фрагменте эволюцию, развитие! Это - главная принципиальная особенность современной естественно-научной картины мира – принцип глобального эволюционизма. 12. Вклад Галилея в развитие естествознания. Подлинная революция в механике связана с именем Г. Галилея(1564 – 1642). Он ввел в механику точный количественный экспе¬римент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл откры¬тый им общий принцип классической механики — принцип от¬носительности Галилея. Согласно этому принципу все физиче¬ские (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямо¬линейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Галилеем. Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание. Исходной посылкой было выдвижение аргумента, что для формулирования четких суждений относительно природы ученым надлежит учитывать только объективные - поддающиеся точному измерению свойства, тогда как свойства, просто доступные восприятию, следует оставить без внимания как субъективные и эфемерные. Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов - линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Галилей нашел подлинно научную точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы. Особое значение для нас имеют открытия Галилея в области механики. Галилей разработал динамику - науку о движении тел под действием приложенных сил. Он сформулировал первые законы свободного падения тел, дал строгую формулировку понятий скорости и ускорения, осознал решающее значение свойства движения тел, в будущем названного инерцией. Очень ценна была высказанная им идея относительности движения. 13. Законы движения планет Кеплера. Три закона движения планет относительно Солнца были выведены эмпирически немецким астрономом Иоганном Кеплером в начале XVII века. Это стало возможным благодаря многолетним наблюдениям датского астронома Тихо Браге. Первый закон Кеплера. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Второй закон Кеплера. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанная радиусом-вектором планеты, изменяется пропорционально времени. Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий - ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий - наиболее удаленная точка орбиты. Тогда можно утверждать, что планета движется вокруг Солнца неравномерно: имея линейную скорость в перигелие больше, чем в афелие. Третий закон Кеплера. Квадраты времен обращения планеты вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца. Этот закон, равно как и первые два, применим не только к движению планет, но и к движению как их естественных, так и искусственных спутников. В формулировке Ньютона законы Кеплера звучат так: - первый закон: под действием силы тяготения одно небесное тело может двигаться по отношению к другому по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе. Надо сказать, что он справедлив для всех тел, между которыми действует взаимное притяжение. - формулирование второго закона Кеплера не дана, так как в этом не было необходимости. - третий закон Кеплера сформулирован Ньютоном так: квадраты сидерических периодов планет, умноженные на сумму масс Солнца и планеты, относятся как кубы больших полуосей орбит планет. Таковы три закона Кеплера - три закона движения планет. 14. Классическая механика Ньютона: основные разделы. Вершиной научного творчества И. Ньютона является его бессмертный труд “Математические начала натуральной философии”, впервые опубликованный в 1687 году. В нем он обобщил результаты, полученные его предшественниками и свои собственные исследования и создал впервые единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Здесь Ньютон дал определения исходных понятий – количества материи, эквивалентного массе, плотности; количества движения, эквивалентного импульсу, и различных видов силы. Формулируя понятие количества материи, он исходил из представления о том, что атомы состоят из некой единой первичной материи; плотность понимал как степень заполнения единицы объема тела первичной материей. В этой работе изложено учение Ньютона о всемирном тяготении, на основе которого он разработал теорию движения планет, спутников и комет, образующих солнечную систему. Опираясь на этот закон, он объяснил явление приливов и сжатие Юпитера. Концепция Ньютона явилась основой для многих технических достижений в течение длительного времени. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных областях естествознания. Результатом развития классической механики явилось создание единой механической картины мира, в рамках которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам ньютоновской механики. Механика Ньютона, в отличие от предшествующих механических концепций, давало возможность решать задачу о любой стадии движения, как предшествующей, так и последующей, и в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при известных основных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в качестве метода количественного анализа механического движения. 16. Три начала механики. Ньютона законы механики, три закона, лежащие в основе т. н. классической механики. Сформулированы И. Ньютоном (1687). Первый закон: «Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние». Второй закон: «Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует». Третий закон: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны». Н. з. м. появились как результат обобщения многочисленных наблюдений, опытов и теоретических исследований Г. Галилея, Х. Гюйгенса, самого Ньютона и др. Согласно современным представлениям и терминологии, в первом и втором законах под телом следует понимать материальную точку, а под движением — движение относительно инерциальной системы отсчёта. Математическое выражение второго закона в классической механике имеет вид или mw = F, где m — масса точки, u — её скорость, a w — ускорение, F — действующая сила. Н. з. м. перестают быть справедливыми для движения объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при движениях со скоростями, близкими к скорости света 17. Становление первой научной картины мира. Все началось с астрономической революции Коперника, Тихо Браге, Кеплера и Галилея, в становление первой научной картины мира, очевидно. Шаг за шагом меняется образ мира, с трудом, но неуклонно разрушаются столпы космологии Аристотеля-Птолемея. Коперник помещает в центр мира вместо Земли Солнце; Тихо Браге –идейный противник Коперника- устраняет материальные сферы, которые , по старой космологии, вовлекали в свое движение планеты, а идею материального круга (или сферы) заменяет современной идеей орбиты; Кеплер предлагает математическую систематизацию открытий Коперника и завершает революционный переход от теории кругового движения планет («естественного» или «совершенного» в старой космологии) к теории эллиптического движения; Галилей показывает ошибочность различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу, что и Земля и формирует принцип инерции. Ньютон в своей теории гравитации объединяет физику Галилея и физику Кеплера. Говоря о становлении науки XVII в. нельзя не отметить формирование в тот период механической картины мира и роль Реформации в процессе становления новой картины мира. В культурно-историческом плане механизация картины мира –чрезвычайно интересное явление , возникшее в лоне европейской культуры и не имеющее аналогов в других культурах. Под механизацией картины мира, происходящей в XVII в. мы понимаем вытеснение схоластического представления о материальном мире как иерархически упорядоченном организме, как материи, одушевляемой «изнутри» субстанциональными качествами, иным представлением о мире как об однородном, неодушевленном, мертвом веществе, частицы которого взаимодействуют по чисто механическим законам. Исходным рабочим определением научной картины мира (НКМ)можно считать следующее: НКМ есть наглядный, характерный для определенной исторической эпохи интегральный образ мира, служащий важным средством синтеза конкретных научных знаний о мире. Придя на смену религиозной, в которой в центре философских изысканий два центра – Бог и человек, первая научная картина мира характерна такими важнейшими элементами, как гелиоцентризмом, представлением о бесконечном однородном пространстве, едином материальном мире, в котором царят универсальные законы природы. Наука возникла в эпоху становления капиталистического способа производства и разделения единого ранее знания на философию и науку. Средневековая схоластическая картина мира в ходе научной революции XVI-XVII вв. подверглась разрушительной критике целым рядом философов и ученых. Иерархическая Вселенная Аристотеля отступила перед мировой схематикой Ньютона. Ньютон установил динамический взгляд на Вселенную вместо статического древних. Таким образом, в отличие от традиционной (особенно схоластической) философии, становящаяся наука Нового времени кардинально по новому поставила вопросы о специфике научного познания и своеобразии его формирования, о задачах познавательной деятельности и ее методах, о месте и роли науки в жизни общества, о необходимости господства человека над природы на основе знания ее законов. Вышеизложенное дает нам возможность подтвердить тесную взаимосвязь между философией и наукой, какие вклады в формирование науки несло Новое время, какой образ приобрела наука в период Нового времени и таким образом подтвердить исходный момент становления первой научной картины мира. 18. Корпускулярная и континуальная концепция описания природы. Одним из наиболее важных и существенных вопросов как философии, так и естествознания является проблема материи. Представления о строении материи находят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывности (дискретности) -- корпускулярная концепция, и непрерывности (континуальности) -- континуальная концепция. С ними тесно связаны проблемы взаимодействия материальных объектов, которые проявлялись как концепция дальнодействия (передача действия без физической среды) и концепция близкодействия (передача действия от точки к точке). Концепция прерывности была создана И. Ньютоном Подход Ньютона определил исходное положение атомизма, который основывался на признании дальнодействующих сил. В истории физики наиболее плодотворной и важной для понимания явлений природы была концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из мельчайших частиц -- атомов. До конца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма считалось, что материя состоит из отдельных неделимых частиц -- атомов. С точки зрения современного атомизма, электроны -- "атомы" электричества, фотоны --"атомы" света и т. д. Реальное существование молекул было окончательно подтверждено в 1906 г. опытами французского физика Жана Перрена (1870--1942) по изучению закономерностей броуновского Движения. В современном представлении молекула --наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле составляет от двух (Н2, О2, НF, КСI) до сотен и тысяч (некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертных газов часто называют одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющихся единиц(одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называют макромолекулой. В натурфилософии выделяется материалистическая направленность выдающихся мыслителей древности. Атомизм, основу которого представляла проблема материи, упоминается в учении о частицах, созданном Анаксагором в V в. до н. э; нашел свое отражение в трудах видных представителей атомизма древности Демокрита и Левкиппа. Классическая механика XVII--XVIII вв. явилась дальнейшей разработкой атомистики. И. Ньютон в 1672-- 1676 гг. распространил атомистику на световые явления и создал корпускулярную теорию света. Свет он считал потоком корпускул (частиц), однако на разных этапах рассматривал и возможность существования волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую природу света. Сокрушительный удар по принципам механицизма был нанесен открытиями XIX--XX вв.: открытием рентгеновских лучей и радиоактивного излучения в 1896 г. А. Беккерелем и исследованием его в 1898 г. П. Кюри и М. Склодовской-Кюри. Радиоактивный распад показал, что радиоактивность не связана с внешними, механическими воздействиями, а определяется внутренними процессами, проявляющимися в виде статистических закономерностей; созданием теории электромагнитного поля Дж. Максвеллом (1860-1865 гг.); открытием явления электромагнитной индукции М. Фарадеем (1831 г.). Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. М. Фарадей и Дж. Максвелл впервые обнаружили ее непригодность и неприменимость к электромагнитным явлениям; экспериментальным доказательством делимости атомов и открытием электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1897 г.), за что он был удостоен Нобелевской премии в 1906 г. В 1903 г. им была предложена одна из первых моделей атома, согласно которой атом представлял собой положительно заряженную сферу с вкрапленными в нее электронами (п добно булке с изюмом). В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд, проводил пыты по рассеянию альфа-частиц атомами различных элементов, установил наличие в атоме плотного ядра диаметром около 10--12 см, заряженного положительно, и предложил для объяснения этих экспериментов планетарную модель атома. Противоречия между существовавшими представлениями классической физики и экспериментальными данными, полученными Э. Резерфордом, были решены в 1913 г. датским ученым Н. Бором, который сделал вывод о необходимости принятия принципиально новой теории -- квантовой -- для построения модели атома. |