Тезаурус по дисциплине КСЕ. Тема Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира
 Скачать 88.5 Kb.
|
|
Тезаурус по дисциплине КСЕ Тема 1.Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира Тема 1-01-01. Научный метод познания Методология Свойства научного знания: - объективность - достоверность - точность - системность Эмпирическое и теоретическое познание Методы научного познания: - наблюдение - измерение - индукция - дедукция - анализ - синтез - абстрагирование - моделирование - эксперимент Гипотеза Требования к научным гипотезам: - соответствие эмпирическим фактам - проверяемость (принципы верификации и фальсификации) Научная теория Область применимости теории Принцип соответствия Тема 1-01-02. Естественнонаучная и гуманитарная культуры Естествознание как комплекс наук о природе (естественных наук) Дифференциация наук Интеграция наук Гуманитарные науки 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 Отличительные признаки псевдонауки: - фрагментарность - некритический подход к исходным данным - невосприимчивость к критике - отсутствие общих законов - неверифицируемость и/или нефальсифицируемость псевдонаучных данных Тема 1-01-03. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития) Научная (исследовательская) программа 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 Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная Тема 1-01-04. Развитие представлений о материи Фалес: проблема поиска первоначала Абстракция материи Механическая картина мира: единственная форма материи - вещество, состоящее из дискретных корпускул Электромагнитная картина мира: две формы материи - вещество и непрерывное электромагнитное поле Волна как распространяющееся возмущение физического поля Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн Современная научная картина мира: три формы материи - вещество, физическое поле, физический вакуум Тема 1-01-05. 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 Электромагнитная картина мира: движение - не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн) Понятие состояния системы как совокупности данных, позволяющих предсказать её дальнейшее поведение Движение как изменение состояния Химическая форма движения: химический процесс Биологическая форма движения: процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы Современная научная картина мира: эволюция как универсальная форма движения материи Многообразие форм движения, их качественные различия и несводимость друг к другу Тема 1-01-06. 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) - 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 (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) - квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами) - частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий (фотоны, гравитоны, глюоны, промежуточные векторные бозоны) Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами: - микромира (сильное, слабое и электромагнитное) - макромира (электромагнитное) - мегамира (гравитационное) 2. Пространство, время, симметрия Тема 1-02-01. Принципы симметрии, законы сохранения Понятие симметрии в естествознании: инвариантность относительно тех или иных преобразований Нарушенные (неполные симметрии) Эволюция как цепочка нарушений симметрии Простейшие симметрии: - однородность (одинаковые свойства во всех точках) - изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях) Симметрии пространства и времени: - однородность пространства - однородность времени - изотропность пространства Анизотропность времени Теорема Нётер как общее утверждение о взаимосвязи симметрий с законами сохранения Закон сохранения энергии как следствие однородности времени Закон сохранения импульса (количества поступательного движения) как следствие однородности пространства Закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) как следствие изотропности пространства Тема 1-02-02. Эволюция представлений о пространстве и времени Понимание пространства и времени как инвариантных самостоятельных сущностей (пустота у древнегреческих атомистов; Абсолютные пространство и время Ньютона) Понимание пространства и времени как системы отношений между материальными телами (пространство как категория места, время как мера движения у Аристотеля; изменение пространственных и временных промежутков при смене системы отсчёта у Эйнштейна) Классический закон сложения скоростей как следствие ньютоновских представлений об Абсолютном пространстве и Абсолютном времени Концепция мирового эфира Нарушение классического закона сложения скоростей в опыте Майкельсона-Морли Современная научная картина мира: - отказ от идеи Абсолютных пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета - признание тесной взаимосвязи между пространством, временем, материей и её движением Тема 1-02-03. Специальная теория относительности Принцип относительности Галилея Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна) Постулаты Эйнштейна как проявление симметрий пространства и времени Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна): - относительность одновременности - относительность расстояний (релятивистское сокращение длин) относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени) - инвариантность пространственно-временного интервала между событиями - инвариантность причинно-следственных связей - единство пространства-времени - эквивалентность массы и энергии Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света) Тема 1-02-04. Общая теория относительности Общая теория относительности (ОТО): распространение принципа относительности на неинерциальные системы отсчета Принцип эквивалентности: ускоренное движение неотличимо никакими измерениями от покоя в гравитационном поле Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию пространства-времени, которая определяет характер движения материальных тел Соответствие ОТО и классической механики: их предсказания совпадают в слабых гравитационных полях Эмпирические доказательства ОТО: - отклонение световых лучей вблизи Солнца - замедление времени в гравитационном поле - смещение перигелиев планетных орбит 3. Структурные уровни и системная организация материи Тема 1-03-01. Микро-, макро-, мегамиры Вселенная в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир Критерий подразделения: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним (микро- и мегамир) Основные структуры микромира: элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы Основные структуры мегамира: планеты, звёзды, галактики Единицы измерения расстояний в мегамире: астрономическая единица (в Солнечной системе), световой год, парсек (межзвёздные и межгалактические расстояния) Звезда как небесное тело, в котором естественным образом происходили, происходят или с необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза Атрибуты планеты: - не звезда - обращается вокруг звезды (например, Солнца) - достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным - достаточно массивно, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел Галактики - системы из миллиардов звёзд, связанных взаимным тяготением и общим происхождением Наша Галактика, её основные характеристики: - гигантская (более 100 млрд. звёзд) - спиральная - диаметр около 100 тыс. световых лет Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых объектов более 10 млрд. световых лет Вселенная, Метагалактика, разница между этими понятиями Тема 1-03-03. Структуры микромира Элементарные частицы Фундаментальные частицы - по современным представлениям, не имеющие внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны) Частицы и античастицы Классификация элементарных частиц: - по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны) - по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный нейтрон) и резонансы (нестабильные короткоживущие) Взаимопревращения элементарных частиц (распады, рождение новых частиц при столкновениях, аннигиляция) Возможность любых реакций элементарных частиц, не нарушающих законов сохранения (энергии, заряда и т.д.) Вещество как совокупность корпускулярных структур (кварки - нуклоны - атомные ядра - атомы с их электронными оболочками) Размеры и масса ядра в сравнении с атомом 4. Порядок и беспорядок в природе Тема 1-04-01. Динамические и статистические закономерности в природе Детерминизм (жёсткий) как идея полной предопределённости всех будущих событий Критика концепции детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности в движении атомов Механи(сти)ческий детерминизм как: - утверждение о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии; - лапласова концепция полной выводимости всего будущего (и прошлого) Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы Примеры динамических теорий: - механика, - электродинамика, - термодинамика, - теория относительности, Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория, которая однозначно связывает между собой вероятности тех или иных значений физических величин Основные понятия статистической теории: - случайность (непредсказуемость) - вероятность (числовая мера случайности) - среднее значение величины - флуктуация (случайное отклонение системы от среднего (наиболее вероятного) состояния) Примеры статистических теорий: - молекулярно-кинетическая теория (исторически первая статистическая теория), - квантовая механика, другие квантовые теории - эволюционная теория Дарвина, Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание реальности Тема 1-04-02. Концепции квантовой механики Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи Мысленный эксперимент «микроскоп Гейзенберга» Соотношение неопределенностей координата-импульс (скорость) Принцип дополнительности как утверждение о том, что: - невозможны невозмущающие измерения (измерение одной величины делает невозможным или неточным измерение другой, дополнительной к ней величины) - полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств, хотя они не могут проявляться в одном и том же эксперименте - (в широком смысле) для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него Статистический характер квантового описания природы Тема 1-04-03. Принцип возрастания энтропии Формы энергии: тепловая, химическая, механическая, электрическая Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии при ее превращениях Первый закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя первого рода Изолированные и открытые системы Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии в изолированных системах Изменение энтропии тел при теплообмене между ними Второй закон термодинамики как принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному) Второй закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя второго рода Энтропия как мера молекулярного беспорядка Второй закон термодинамики как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур Закономерность эволюции на фоне всеобщего роста энтропии Энтропия открытой системы: производство энтропии в системе, входящий и выходящий потоки энтропии Термодинамика жизни: добывание упорядоченности из окружающей среды Тема 1-04-04. Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма Синергетика - теория самоорганизации Междисциплинарный характер синергетики Самоорганизация в природных и социальных системах как самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных структур в силу объективных законов природы и общества Примеры самоорганизации в простейших системах: ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны Необходимые условия самоорганизации: неравновесность и нелинейность системы Признак неравновесности системы: протекание потоков вещества, энергии, заряда и т.д. Диссипация (рассеяние) энергии в неравновесной системе Диссипативная структура - неравновесная упорядоченная структура, возникшая в результате самоорганизации Пороговый характер (внезапность) явлений самоорганизации Точка бифуркации как момент кризиса, потери устойчивости Синхронизация частей системы в процессе самоорганизации Понижение энтропии системы при самоорганизации Повышение энтропии окружающей среды при самоорганизации Универсальный эволюционизм как научная программа современности, его принципы: - всё существует в развитии; - развитие как чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций); - законы природы как принципы отбора допустимых состояний из всех мыслимых; - фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности; - непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации (прошлое влияет на будущее, но не определяет его); - устойчивость и надежность природных систем как результат их постоянного обновления 5. Панорама современного естествознания Тема 1-05-01.Космология (мегамир) Космология - наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции Космологические представления Аристотеля: шарообразная неоднородная Вселенная Геоцентрическая система мира Птолемея Гелиоцентрическая система мира Коперника Ньютоновская космология: безграничная, бесконечная, однородная и неизменная Вселенная Общая теория относительности как теоретическая основа современной научной космологии Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества Космологическая модель Фридмана: Вселенная нестационарна Наблюдаемая однородность Вселенной в очень больших масштабах Наблюдательное подтверждение нестационарности Вселенной: красное смещение в спектрах галактик, возникающее благодаря эффекту Доплера при их удалении от наблюдателя (разбегание галактик) Закон Хаббла: скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них Постоянная Хаббла Возраст Вселенной - понятие (время, прошедшее с момента начала расширения) и современные оценки (12-15 млрд. лет) Понятие о космологической сингулярности Тема 1-03-05. Особенности биологического уровня организации материи Системность живого Иерархическая организация живого: клетка - единица живого Иерархическая организация природных биологических систем: биополимеры - органеллы - клетки - ткани - органы - организмы - популяции - виды Иерархическая организация природных экологических систем: особь - популяция - биоценоз - биогеоценоз - экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга, океан) - биосфера) Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы, их основная роль в живом Химический состав живого: атом углерода - главный элемент живого, его уникальные особенности: - способность атомов связываться друг с другом с образованием разнообразных структур, являющихся несущей основой органических молекул - способность связываться с другими атомами близких радиусов (кислородом, азотом, серой) с образованием менее прочных связей (возникновение функциональных групп), которые обусловливают химическую активность органических соединений Химический состав живого: вода, ее роль для живой природы: - высокая полярность воды и как следствие - химическая активность и высокая растворяющая способность - высокая теплоемкость воды, высокие теплоты испарения и плавления - основа для поддержания температурного гомеостаза живых организмов и регулирования тепла планеты - аномальная плотность в твердом состоянии - причина существования жизни в замерзающих водоемах - высокое поверхностное натяжение - жизнь на поверхности гидросферы, передвижение растворов по сосудам растений Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных соединений - высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и надмолекулярные структуры, разнообразие строения и свойств Симметрия и асимметрия живого Хиральность молекул живого Открытость живых систем Обмен веществ и энергии Самовоспроизведение Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живой системы Каталитический характер химии живого Специфические свойства ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и скорость, главные причины которых - комплементарность фермента и реагента, высокомолекулярный характер фермента Тема 1-05-04. Геологическая эволюция Земля как планета, ее отличия от других планет земной группы Химический состав Земли Магнитное поле Земли, его структура и роль для жизни на планете Внутреннее строение Земли (ядро внутреннее и внешнее, мантия, земная кора), методы исследования (сейсморазведка) Формирование прото-Земли из планетезималей, её гравитационное сжатие, разогрев и начало дифференциации. Эволюция земной коры: тектоника литосферных плит, её движущие силы Возраст Земли, методы его оценки (радиометрия земных горных пород и метеоритов) Возникновение океанов и атмосферы Атмосфера Земли, ее структура (тропосфера, стратосфера, ионосфера) и химический состав Тема 1-05-05. Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем) Первичная атмосфера Земли Абиогенный синтез Предбиологический отбор Коацерваты Гетеротрофы Автотрофы Анаэробы Аэробы Прокариоты Эукариоты Голобиоз Генобиоз Исторические концепции происхождения жизни: креационизм, гипотеза панспермии, биохимическая эволюция, постоянное самозарождение, стационарное состояние Тема 1-05-06. Эволюция живых систем Эволюция, ее атрибуты: самопроизвольность, необратимость, направленность Дарвинизм Генофонд Борьба за существование Синтетическая теория эволюции, её основные положения: - элементарная эволюционная структура - популяция - элементарный наследственный материал - генофонд популяции - элементарное явление эволюции - изменение генофонда популяции - элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор; их эволюционное значение - единственный направляющий фактор эволюции - естественный отбор Микроэволюция Макроэволюция Тема 1-05-07. История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем) Понятия о геологических эрах и периодах Связь границ между эрами с геологическими и палеонтологическими изменениями Некоторые важнейшие ароморфозы: фотосинтез, эукариоты, многоклеточные, скелет Основные таксономические группы растений и животных и последовательность их эволюции: - рыбы - земноводные (амфибии) - пресмыкающиеся (рептилии) - птицы - млекопитающие - голосеменные - покрытосеменные - цветковые Прокариоты Филогенез Онтогенез Адаптация Ароморфоз Понятие о флоре, фауне Методы исследования эволюции: палеонтология (ископаемые переходные формы, палеонтологические ряды, последовательность ископаемых форм) Методы исследования эволюции: биогеография (сопоставление видового состава с историей территорий, островные формы, реликты) Методы исследования эволюции: морфологические методы (установление связи между сходством строения и родством сравниваемых форм, рудиментарные органы, атавизмы) Методы исследования эволюции: эмбриологические методы (зародышевое сходство, принцип рекапитуляции) Методы исследования эволюции: генетические, экологические, методы биохимии и молекулярной биологии Тема 1-05-08. Генетика и эволюция Генетика, Ген, Аллель, Рецессивные и доминантные гены Гомозиготы, гетерозиготы Хромосомы Геном, Генотип, Фенотип Свойства генетического материала: дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность Изменчивость: наследуемая (генотипическая, мутационная) Изменчивость: ненаследуемая (фенотипическая, модификационная) Свойства мутаций: случайность, внезапность, ненаправленнность, неоднократность и наследуемость 6. Биосфера и человек Тема 1-06-01. Экосистемы (многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы) Понятия об экосистеме и биогеоценозе Элементы экосистем (биотоп, биоценоз) Биотическая структура экосистем: продуценты, консументы, редуценты Виды природных экосистем (озеро, лес, пустыня, тундра, .., океан, биосфера) Пищевые (трофические) цепи, пирамиды Энергетические потоки в экосистемах, правило 10% Экологические факторы: биотические и абиотические факторы, антропогенные факторы Формы биотических отношений (хищник-жертва, паразитизм, нейтрализм) Толерантность, пределы толерантности Среда обитания и экологическая ниша Тема 1-06-02. Биосфера Понятие о биосфере Вещество: живое, косное, биокосное, биогенное Системные свойства биосферы: постоянство массы живого вещества в ходе геологических периодов Системные свойства биосферы: постоянство числа видов на протяжении геологических периодов Геохимические функции живого вещества: - газовая - концентрационная - деструктивная - средообразующая - энергетическая Биогенная миграция атомов химических элементов Биогеохимические принципы миграции: стремление к максимуму проявления Биогеохимические принципы миграции: эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию Тема 1-06-03. Человек в биосфере Антропогенез, Палеонтология, Приматы Основные этапы эволюции рода Homo и его предшественников (стадиальная концепция): протоантропы (австралопитеки), архантропы, палеоантропы, неоантропы Виды: - Человек умелый (Homo habilis), - Человек прямоходящий (Homo erectus) - Человек разумный (Homo sapiens) Характерные особенности человека: трудовая деятельность, использование огня, развитие речи, способность к абстрактному мышлению, наличие фонда социальной и культурной информации Возрастание роли социальных эволюционных факторов (передача накопленных знаний, технологий, традиций) и ослабление биологических (движущего и дизруптивного отборов, изоляции, популяционных волн) Неолитическая революция Экологические последствия неолитической революции Коэволюция Тема 1-06-04. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье) Загрязнение окружающей среды: - ингредиентное - физическое (или параметрическое) - деструктивное Индикаторы глобального экологического кризиса: - усиление парникового эффекта - проблема озонового слоя - деградация лесных, земельных, водных ресурсов - снижение биоразнообразия Понятие ноосферы как этапа развития биосферы при разумном регулировании отношений человека и природы Устойчивое развитие как компромисс между стремлением человечества удовлетворять свои потребности и необходимостью сохранения биосферы для будущих поколений |