Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира

Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира

Тема 1.01. Научный метод

Уровни научного познания:

эмпирический (объекты реального мира);
- теоретический (научные понятия, абстрактные и идеальные объекты).

Гипотеза –предположение, исходящее из ряда фактов и допускающее существование объекта и его свойств.

Проверяемость научных гипотез:

Принцип верификации –если какое-то понятие или суждение сводимо к непосредственному опыту, то оно имеет смысл.
Принцип фальсификации – на статус научного может претендовать только принципиально опровержимое знание.

Научная теория – основная форма научного знания. Теории возникают и существуют не сами по себе, не подчиняются только внутренней логике развития знаний, они возникают и существуют на основе научно-исследовательских программ, или парадигм.

Критерии научного знания:

объективность – независимость от личности ученого,
достоверность – постоянная проверка полученных результатов,
точность,
системность – представления о мире как о совокупности разноуровневых систем, связанных отношениями иерархической соподчиненности.

Методы научного познания:

наблюдение (целенаправленное восприятие явлений объективной действительности);
эксперимент (наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явлений при повторении условий);
индукция (метод научного познания, формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента, получение общего вывода на основании частных посылок, движение от частного к общему);
дедукция (метод научного познания, процесс получения частных выводов на основе общих знаний, вывод от общего к частному);
анализ (метод научного познания, мысленное или реальное расчленение предмета на составляющие его части и их отдельное изучение);
синтез (метод научного познания, соединение разрозненных элементов предмета в единое целое и познание этого целого в единстве и взаимной связи его частей);
моделирование (метод научного познания, изучение объектов посредством их моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал);
абстрагирование (способ образования научных понятий, представляющий мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые представляются нам несущественными для данной теории).

Функции науки:

объяснительная (систематическое изложение сущности изучаемого объекта, причин его возникновения и развития);
описательная (выявление существенных свойств и отношений действительности из всего многообразия предметов и явлений окружающего мира. Именно так начинается формулирование законов природы, что является важнейшей задачей науки);
прогностическая (предсказание новых открытий в рамках существующих теорий, а также рекомендации на будущее);
мировоззренческая (внесение полученных знаний в существующую картину мира);
систематизирующая (отнесение описанного по классам и разделам. Это формирует один из критериев науки – ее системность);
производственно-практическая (возможность применения полученных знаний в производстве, для регуляции общественной жизни, в социальном управлении);

Принцип соответствия - любая новая общая теория является развитием предыдущих классических теорий, не отвергая, а включая их в себя.

Область применимости теории.

Соотношение абсолютной и относительной истин.

Тема 1.02. Естествознание и его роль в культуре

Естествознание – науки о природе как о единой целостности, а также комплекс отдельных наук о природе, тесно связанных между собой.

Естественные науки: физика, химия, биология, геология, астрономия, экология

Дифференциация наук - выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки.

Интеграция наук - проявление синтетических тенденций в развитии науки, выражается в появлении новых наук на стыках старых

Гуманитарные науки – науки, изучающие законы развития общества и человека как социального, духовного существа (история, право, экономика).

Естественнонаучная культура – изучает явления, процессы и объекты материального мира (физика, химия, биология, геология, астрономия, экология).

Гуманитарная культура – изучает законы развития общества и человека как социального, духовного существа (история, право, экономика).

Взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культуры заключается:

· культуры представляют собой высшую форму человеческих знаний;

· являются самостоятельными ветвями единой системы знаний науки и духовной культуры в целом;

· имеют общую культурную основу, выраженную в потребностях и интересах человека и человечества, в создании оптимальных условий для самосохранения и самосовершенствования (культура едина);

· общие методы исследования;

· стимулируют появление новых междисциплинарных отраслей знания на стыке естественных и гуманитарных наук;

· осуществляют взаимообмен достигнутыми результатами;

· взаимопроникновение, взаимообогащение 2-х культур.

Тема 1.03. Этика научных исследований. Псевдонаука

Этические принципы научных исследований:

самоценность истины;
исходный критицизм;
свобода научного творчества;
новизна научного знания;
равенство ученых перед лицом истины;
общедоступность истины.

Псевдонаука – лженаука, набор фрагментарных знаний, скрывающихся под маской науки.

Псевдонауки:

астрология;
парапсихология;
уфология;
биоэнергетика;
девиантная наука.

Отличительные признаки псевдонауки:

фрагментарность – изучает различные фрагменты реальности или ее параметры; сама же делится на отдельные дисциплины;
некритический подход к исходным данным;
невосприимчивость к критике;
несоответствие фактам;
отсутствие законов;
нарушение этических норм.

Биоэтика – система этических норм в сфере экспериментальной и теоретической биологии и медицины при практическом применении результатов научных исследований.

Тема 1.04. Формирование научных программ (математическая, атомистическая, континуальная)

Научная картина мира – картина миропонимания, основанная на научных знаниях.

Идеи Милетской школа (Фалес): проблема поиска первоначала.

Представители Милетской школы решали вопросы о субстанции мира, едином основании многообразия вещей. Фалес считал, что началом всех вещей, их субстанцией (т.е. тем, из чего возникают все вещи и во что они в конечном счете превращаются) является вода.

Идея безостановочной изменчивости вещей

Гераклит учил, что всё в мире изменчиво, ничто не повторяется, всё преходяще и одноразово. Нельзя понять субстанцию мира, природу Космоса, не учитывая его постоянную текучесть, изменчивость, то, что он всё время находится в состоянии становления. Становление – это постоянное изменение, преобразование, движение, ведущее к созданию новых форм, они являются лишь повторением того, что уже однажды когда-то было.

Идеи мыслителей Элейской школы (Ксенофан, Парменид, Зенон): дуализм познания

Апории Зенона: постановка вопроса о движении и о природе континуума

Идеи Пифагорейский школы: мир, гармония, число

Пифагорейско-платоновская исследовательская программа

Появление принципа причинности

Пустота и атомы (Левкипп, Демокрит)

Континуальная программа Аристотеля

Разделение мира на подлунный и небесный

. Подлунный мир – это Земля и сфера, на которой прикреплена Луна.

Весь мир состоит из пяти элементов: вода, земля, воздух, огонь и эфир (лучезарный).

Из эфира состоит все, что находится в надлунном мире: звезды, светила, пространство между сферами и сами надлунные сферы

Формы движения материи

механическая;
физическая;
химическая;
биологическая;
социальная.

Детерминизм - причинная обусловленность всех явлений природы и общества

Механический детерминизм – позиция, связанная с отрицанием случайностей любого рода, с абсолютизацией динамических закономерностей и законов.

Лапласовский детерминизм – механический детерминизм в жесткой форме

Космологическая модель Фридмана – модель расширяющейся Вселенной (нестационарной Вселенной)

Квантово-полевой механизм передачи взаимодействий - заряд испускает виртуальные частицы – переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами.

Формы движения материи

механическая
физическая
химическая – химический процесс (изучение химических реакций и условий их протекания);
биологическая:

- процессы жизнедеятельности,

- эволюция живой природы;

социальная

Взаимосвязь форм движения и их несводимость друг к другу

Состояние системы – совокупность данных, позволяющих предсказать ее дальнейшее поведение.

Движение – изменение состояния.

Механическое движение, его основные характеристики:

материальная точка,
траектория,
скорость,
ускорение,
путь,
импульс тела – произведение массы тела на его скорость,
момент импульса

Механическая работа

1 и 2 законы Ньютона

Характеристики волн:

скорость,
длина волны,
частота.

Длина волны: увеличивается в следующей последовательности:

космические лучи (10^-5нм)
гамма-лучи,
рентгеновские лучи,
ультрафиолетовые лучи,
видимый свет,
инфракрасные излучения,
микроволны,
телевизионные сигналы,
радиоволны (30 м).

Свойства волн:

дифракция – огибание препятствий волнами света,
интерференция – сложение в пространстве двух или нескольких волн, в результате чего получается картина чередующихся светлых и темных полос,
поляризация.

Черные дыры

сжатие вещества;
гравитационный коллапс (растет концентрация вещества);
способны только поглощать излучения;
луч, проходящий на близком расстоянии от черной дыры поглощается, а отдаленные лучи искривляются.

Пульсар - нейтронная звезда

Пульсар – космические источники радио-, оптического, рентгеновского и гамма-излучения.

Сверхновые звезды – звезды, внезапно вспыхивающие, мощность излучения которых во время вспышки во много тысяч раз превышает мощность вспышки новой звезды.

Движения Солнца в Галактике

Солнце – нормальная звезда

Неопределенностей

Волновые свойства света:

интерференция,

дифракция,

поляризация

Корпускулярные свойства света: фотоэффект

Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи

Де Бройль: общая идея и формула связи между импульсом частицы и ее длиной волны

Волновые свойства частиц. Дифракция электронов. Электронный микроскоп

Мысленный эксперимент - «микроскоп Гейзенберга»

Соотношение неопределенностей:

координата-импульс (скорость)
энергия-время
как следствие невозможности невозмущающих измерений
как результат квантовых флуктуаций

Экспериментальные доказательства сложной структуры вакуума:

эффект Казимира,
рождение электрон-позитронных пар в электрическом поле

Эволюционное естествознание

Тема 5.01.Космология

Космология – наука о строении и эволюции Вселенной

Однородность и изотропность Вселенной в больших масштабах

Химический состав Вселенной – данные спектрального анализа

Модели бесконечной в пространстве стационарной Вселенной

Эффекты общей теории относительности:

искривление пространства вблизи тяжелых масс
существование «черных дыр»
понятие кривизны пространства
гравитационные волны

Гравитационный радиус (радиус сферы Шварцшильда)

Динамическая модель Вселенной Фридмана

Обнаружение красного смещения линий в спектрах далеких галактик, что с помощью эффекта Доплера означает «разбегание галактик»

Расширение Вселенной и закон Хаббла

Космологическая модель нестационарной Вселенной Эйнштейна-Фридмана

Различные сценарии развития Вселенной:

открытая,
пульсирующая
закрытая модели эволюции

Проблема измерения средней плотности Вселенной

Теория Большого Взрыва (Г. Гамов)

Предсказание температуры фонового микроволнового излучения и обнаружение реликтового фона излучения

Проблема космологической постоянной и оценка возраста Вселенной

Измерение параметра Хаббла и обнаружение удельного ускорения нашего мира

Наблюдательный тест теории – анизотропия реликтового излучения

Различные эпохи нашей Вселенной:

рождение пространства-времени,
стадия инфляции,
рождение вещества,
рождение избытка барионов,
электрослабый фазовый переход,
кварки и глюоны – рождение протонов и нейтронов,
первичный нуклеосинтез,
доминирование темной материи,
рекомбинация водорода,
образование крупномасштабной структуры Вселенной

Основные наблюдательные тесты теории:

распространенность легких элементов в космосе,
проблема сингулярного состояния,
открытие и исследование крупномасштабной структуры Вселенной,
гравитационные линзы

Проблема темной материи

Устойчивость Вселенной и антропный принцип

Фундаментальные взаимодействия и мировые константы

Биосфера и человек

Тема 6.01 Экосистемы

Экосистема или экологическая система — природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной, например атмосфера, или биокосной — почва, водоём и т. п.), связанными между собой обменом веществ и энергии.

Элементы экосистем:

Биотооп — относительно однородный по абиотическим факторам среды участок суши или водоёма, заселённый живыми организмами (занятое одним биоценозом).
Биоценоз – исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп) и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами окружающей среды.

Биотическая структура экосистем:

Продуцеенты (автотрофные организмы или автотрофы) — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза.
Консументы (гетеротрофные организмы, гетеротрофы, аллотропные организмы) — организмы, неспособные синтезировать органические вещества из неорганических, потребляют органические вещества в готовом виде.
Редуценты (деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие остатки мёртвых растений и животных и превращающие их в неорганические соединения.

Виды природных экосистем: озеро, лес, пустыня, тундра, .., океан, биосфера.

Пищевые (трофические) цепи, пирамиды – это также движение питательных веществ от продуцентов, консументов (травоядных, плотоядных и всеядных) к редуцентам и обратно к продуцентам.

Энергетические потоки в экосистемах, правило 10%:

При переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии.

Экологические факторы – условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях :

Биотические факторы – совокупность влияний, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов.

Абиотические факторы (температура, свет, влажность) – совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы. Они делятся на химические, физические, космические, геолого-географические, климатические и другие факторы.

Антропогенные факторы – это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

Формы биотических отношений:

хищник-жертва,

паразититизм — один из видов сосуществования организмов. Это явление, при котором два и более организма, не связанные между собой филогенетически, генетически разнородны, сосуществуют в течение продолжительного периода времени, при этом они находятся в антагонистических отношениях,

нейтрализм – межвидовое взаимодействие биотических факторов. Оба вида не оказывают никакого воздействия друг на друга. В природе истинный нейтрализм крайне редок, поскольку между всеми видами возможны косвенные взаимоотношения.

Толерантность - способность организмов выдерживать изменения условий жизни (колебания температуры, влажности, света).

Пределы толерантности – диапазон между минимумом и максимумом значений экологических параметров существования организма

Среда обитания — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ.

Экологическая ниша — место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды.

Тема 6.02. Биосфера

Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Вещество:

живое - вся совокупность тел живых организмов в биосфере,
косное – образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует, например, изверженные горные породы,
биогенное – химическое соединение, возникшее в результате жизнедеятельности организмов, но не обязательно входящее в состав тел в данное время,
биокосное – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами и является закономерной структурой из живого и косного вещества.

Геохимические функции живого вещества:

газовая, включающая биогенную миграцию газов в результате фотосинтеза и азотофиксации;
концентрационная, состоящая в аккумуляции живыми организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;
деструктивная ;
средообразующая;
энергетическая.

Биогенная миграция атомов химических элементов вызывается лучистой энергией Солнца и выражается в процессах обмена веществ, росте и размножении организмов.

Она подчиняется двум биохимическим принципам (В.И.Вернадский, 1940):

стремится к максимальному проявлению;
приводит к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов биосферы.

Биогеохимические принципы миграции:

стремление к максимуму проявления,
эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию.

Влияние космических факторов на биосферу,

фоновое излучение,
солнечно-земные связи- гелиобиология
радиационный фон,
магнитное пол