Реферат: Концепции современного естествознания

Содержание

 

Введение

1. Создание классической механики и экспериментальногоестествознания

2. Самоорганизация в открытых неравновесных системах

3. Исторические этапы развития жизни на Земле

Заключение

Список литературы

 

Введение

Основные концепцииестествознания — это, в конечном счете, попытки решения так называемых мировыхзагадок. Несомненно, что самые сложные проблемы связаны с возникновением жизни,венцом развития живого — загадкой человеческого сознания. Наши знания можносравнить с расширяющейся сферой. Чем шире сфера, тем больше точек еесоприкосновения с еще не известным. Увеличение сферы знания приводит кпоявлению новых нерешенных проблем. Когда объем знаний увеличивается, решаютсяи они. Общеизвестно, что естествознание — это совокупность наук о природе.Задачей естествознания является познание объективных законов природы исодействие их практическому использованию в интересах человека. Естествознаниевозникает в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых впроцессе практической деятельности людей, и само является теоретической основойэтой практической деятельности.

В XIX веке было принятоестественные науки разделять на 2 большие группы. Первая группа по традицииохватывает науки о явлениях природы (физика, химия, физиология), а вторая — опредметах природы.

Хотя деление это довольноусловное, но очевидно, что предметы природы — это не только весь окружающийматериальный мир с небесными телами и землей, но и неорганические составныечасти земли, и находящиеся на ней органические существа, и, наконец, человек.

Таким образом, целью даннойработы является рассмотрение следцющих вопросов:

- Рассмотреть создание классической механики и экспериментальногоестествознания;

- Раскрыть особенности самоорганизация в открытых неравновесныхсистемах;

- Рассмотреть исторические этапы развития жизни на Земле.

1. Создание классической механики и экспериментальногоестествознания

Трагическая гибель ДжорданоБруно произошла на рубеже двух эпох: эпохи Возрождения и эпохи Нового времени.Последняя охватывает три столетия — XVII, XVIII, XIX вв. В этом трехсотлетнемпериоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современнойнауки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер,Ньютон.

В учении Галилео Галилея(1564-1642) были заложены основы нового механистического естествознания. Каксвидетельствуют А.Эйнштейн и Л.Инфельд, «самая фундаментальная проблема,остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности — это проблемадвижения».

До Галилея общепринятым внауке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся кследующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на неговоздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилейпоказал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повседневнымопытом) является ошибочным. Вместо него Галилей сформулировал совершенно инойпринцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либонаходится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скоростисвоего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.

«Открытие»,сделанное Галилеем, и применение им методов научного рассуждения были одним изсамых важных достижений в истории человеческой мысли, и оно отмечаетдействительное начало физики. Это открытие учит нас тому, что интуитивнымвыводам, базирующимся на непосредственном наблюдении, не всегда можно доверять,так как они иногда ведут по ложному следу".

Большое значение длястановления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падениятел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы(как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционаленквадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегосяпод воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой.Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытиезаконов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивленииматериалов.

Галилей выработал условиядальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Онпонимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля сильно тормозит развитие науки.Истинное знание, считал Галилей, достижимо исключительно на пути изучения природыпри помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическимзнанием разума, — а не путем изучения и сличения текстов в рукописях античныхмыслителей.

Используя построенные имтелескопы, Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий. Онустановил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеютсяпятна. У самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера — Галилей обнаружил4 спутника (из 13 известных в настоящее время). Наблюдения за Луной показали,что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию,т.е.видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра.Галилей убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множестваотдельных звезд.

Но самое главное вдеятельности Галилея как ученого-астронома состояло в отстаиваниисправедливости учения Н.Коперника, которое подвергалось нападкам не только состороны церковных кругов, но и со стороны некоторых ученых, высказывавшихсомнения в правильности этого учения. Галилей сумел показать несостоятельностьвсех этих сомнений и дать блестящее естественнонаучное доказательствосправедливости гелиоцентрической системы в знаменитой работе «Диалог одвух системах мира — Птолемеевской и Коперниковой». Как последователь ученияКоперника Галилею пришлось предстать перед судом инквизиции. После длительныхдопросов он был вынужден отречься от учения Коперника и принести публичное покаяние.

Однако остановить движение,прервать преемственность научной мысли было уже невозможно. С астрологическиминаблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник»,ознакомился и дал им высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономовконца XVI — первой трети XVII вв. Иоганн Кеплер (1571-1630).

На основе обобщения данных астрономическихнаблюдений Кеплер установил три закона движения планет относительно Солнца. Впервом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном изфокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера,радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времениописывают равные площади. Третий закон Кеплера гласит: квадраты временобращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний отнего.

Но он не объяснил причиныдвижения планет, ибо не существовало еще понятий силы и взаимодействия. В товремя из разделов механики были разработаны лишь статика — учение о равновесии(которая разрабатывалась еще в античности, в первую очередь, Архимедом), а вработах Галилея были сделаны первые шаги в разработке динамики. Но в полноймере динамика — учение о силах и их взаимодействии — была создана лишь позднееИсааком Ньютоном.

Вторая научная революциязавершалась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества,каковым был Исаак Ньютон (1643-1727. Его научное наследие чрезвычайноразнообразно. В него входит и создание дифференциального исчисления, и важныеастрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручнопостроенных зеркальных телескопов, и большой вклад в развитие оптики. Но самымглавным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилеяпо созданию классической механики.

Ньютон сформулировал триосновных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первыйзакон механики Ньютона — это принцип инерции, впервые сформулированный ещеГалилеем: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного ипрямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить егопод действием каких-то сил. Существо второго закона механики Ньютона состоит вконстатации того факта, что приобретаемое телом под действием какой-то силыускорение прямо пропорционально этой действующей силе и обратно пропорциональномассе тела. Наконец, третий закон механики Ньютона — это закон равенствадействия и противодействия. Это закон гласит, что действия двух тел друг на другавсегда равны по величине и направлены в противоположные стороны.

Данная система законовдвижения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения,согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, вкоторой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональноеих массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.

Пожалуй, ни одно из всех ранеесделанных научных открытий не оказало такого громадного влияния на дальнейшееразвитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения.

В 1687 г. вышел в свет главныйтруд Ньютона «Математические начала натуральной философии»,заложившей основы современной теоретической физики. В своей знаменитой работеНьютон предложил ученому миру научно-исследовательскую программу, котораявскоре стала ведущей не только в Англии, на родине великого ученого, но и вконтинентальной Европе. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальнойфилософией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изученииприроды. Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент,определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед.

2. Самоорганизация в открытых неравновесных системах

Проблема самоорганизацииматериальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем науки.Существенный вклад в решение этой проблемы вносит системный и информационныйподходы. Терминология, выработанная в этих областях исследования, приобрелаобщенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации. Но обеэти области исследования имеют дело в основном с материальными системами ужедостаточно высокого уровня организованности: биологические системы, социальные,технические и т.д. Процессы самоорганизации в неживой природе остаются внеинтересов этих подходов.

Решение этой задачи берет насебя научная дисциплина, именуемая синергетикой. Ее основоположниками считаютсяГ. Хакен и И. Пригожин. Закономерности явлений самоорганизации, открываемыесинергетикой, не ограничиваются областью неживой природы: они распространяютсяна все материальные системы.

Г. Хакен и И. Пригожин делаютакцент, прежде всего, на процессуальности материальных систем. Все процессы,протекающие в различных материальных системах, могут быть подразделены на дватипа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие кустановлению равновесного состояния, которое при определенных условияхстремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса, и, во-вторых, этопроцессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условияхиз хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что ихарактеризует стремление к самоорганизации.

Основными характеристикамипервого типа процессов является равновесность и линейность, главнымихарактеристиками второго типа процессов, в которых проявляется способность ксамоорганизации и возникновению диссипативных структур, являетсянеравновесность и нелинейность. Природные процессы принципиально неравновесны инелинейны; именно такие процессы синергетика рассматривает в качестве предметасвоего изучения. Постулирование универсальности неравновесных и нелинейныхпроцессов позволяет ей претендовать на статус общеметодологической дисциплины,сопоставимой с теорией систем и кибернетикой.

Традиционная наука в изучениимира делала акцент на замкнутых системах, обращая особое внимание наустойчивость, порядок, однородность. Все эти установки как бы характеризуютпарадигмальное основание и способ подхода к изучению природных процессовтрадиционной науки. Синергетический подход акцентирует внимание ученых наоткрытых системах, неупорядоченности, неустойчивости, неравновесности,нелинейных отношениях. Это не просто дополнительный в «боровском»смысле взгляд на мир, а доминантный взгляд, который должен характеризоватьнауку будущего. По мнению И. Пригожина синергетический взгляд на мир ведет креволюционным изменениям в нашем понимании случайности и необходимости,необратимости природных процессов, позволяет дать принципиально новоеистолкование энтропии и радикально меняет наше представление о времени.Предисловие к английскому изданию книги «Порядок из хаоса» И.Пригожин публикует под заголовком «Новый диалог человека с природой».

Свое понимание феноменасамоорганизации И. Пригожин связывает с понятием диссипативной структуры —структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах.Классическими примерами таких структур являются такие явления, как образованиесотовой структуры в подогреваемой снизу жидкости (т.н. ячейки Бенара), «химическиечасы» (реакция Белоусова — Жаботинского), турбулентное движение и т.д.

В книге И. Пригожина иИ.Стенгерс «Порядок из хаоса» процесс возникновения диссипативныхструктур объясняется следующим образом. Пока система находится в состояниитермодинамического равновесия, ее элементы (например молекулы газа) ведут себянезависимо друг от друга, как бы в состоянии гипнотического сна, и авторыработы условно называют их генами. В силу такой независимости к образованиюупорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система подвоздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит внеравновесное «возбужденное» состояние, ситуация меняется. Элементытакой системы «просыпаются от сна» и начинают действоватьсогласованно. Между ними возникают корреляции, когерентное взаимодействие. Врезультате и возникает то, что Пригожин называет диссипативной структурой.После своего возникновения такая структура не теряет резонансного возбуждения,которое ее и порождает, и одним из самых удивительных свойств такой структурыявляется ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям.Изменения во внешней среде оказываются фактором генерации и фактором отбораразличных структурных конфигураций.

Материальная система такоготипа включается в процесс структурогенеза или самоорганизации. Еслипредполагается, что именно неравновесность является естественным состояниемвсех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление ксамоорганизации как имманентное свойство неравновесных процессов. Схематическоеописание возникновения диссипативных структур и связанного с ними процессаструктурогенеза объясняет и название дисциплины. Термин «синергетика»образован от греческого «синергиа», которое означает содействие,сотрудничество. Именно «совместное действие» или когерентноеповедение элементов диссипативных структур и является тем феноменом, которыйхарактеризует процессы самоорганизации.

3. Исторические этапы развития жизни на Земле

Геологическая эра Земли от ееобразования до зарождения жизни называется катархей.

1. Катархей (от греч.«ниже древнейшего») — эра, когда была безжизненная Земля, окутаннаяядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода; гремеливулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучениепронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений изокутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинаютсинтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерныедля жизни.

Такая картина эры катархея(около 5 — 3,5 млрд. лет назад) предстает из современных исследований. Новыдвигаются и другие гипотезы. Вернадский, например, считал, что биосферагеологически вечна, т.е. что жизнь на Земле существует столько же времени,сколько и сама Земля как планета.

2. Архей — древнейшаягеологическая эра Земли (3,5 — 2,6 млрд. лет назад).

Ко времени архея относитсявозникновение первых прокариот (бактерий и сине-зеленых) — организмов, которыев отличие от эукариот не обладают оформленным клеточным ядром и типичнымхромосомным аппаратом (наследственная информация реализуется и передается черезДНК).

В отложениях архея найденытакже остатки нитчатых водорослей. В этот период появляются гетеротрофныеорганизмы не только в море, но и на суше. Образуется почва. В атмосфереснижается содержание метана, аммиака, водорода, начинается накоплениеуглекислого газа и кислорода.

3. Протерозой (с греч.«первичная жизнь) — огромный по продолжительности этап исторического развитияЗемли (2,6 млрд. — 570 млн. лет назад).

Возникновение многоклеточности- важный ароморфоз в эволюции жизни.

Конец протерозоя иногданазывают „веком медуз“ — очень распространенных в это время представителейкишечнополостных.

4. Палеозой (от греч.»древняя жизнь") — геологическая эра (570-230 млн. лет) со следующимипериодами:

- кембрий (570-500 млн.лет);

- ордовик (500-440 млн. лет);

- силур (440-410 млн. лет);

- девон (410-350 млн. лет);

- карбон (350-285 млн. лет).

- пермь (285-230 млн. лет).

Для развития жизни в раннемпалеозое (кембрий, ордовик, силур) характерно интенсивное развитие наземныхрастений и выход на сушу животных.

Наступивший в конце силурагорообразовательный период изменил климат и условия существования организмов. Врезультате поднятия суши и сокращения морей климат девона был болееконтинентальный, чем в силуре. В девоне появились пустынные и полупустынныеобласти; на суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей иплаунов. Новые группы животных начинают завоевывать сушу, но их отрыв от воднойсреды не был еще окончательным. К концу карбона относится появление первыхпресмыкающихся — полностью наземных представителей позвоночных. Они достиглизначительного разнообразия в перми из-за засушливого климата и похолодания.

Так в палеозое произошлозавоевание суши многоклеточными растениями и животными.

5. Мезозой (с греч.«средняя жизнь») — это геологическая эра (230-67 млн.лет) со следующимипериодами:

- триас (230-195 млн.лет)

- юра (195-137 млн.лет)

- мел (137-67 млн.лет).

Мезозой справедливо называютэрой пресмыкающихся. Их расцвет, широчайшая дивергенция и вымирание происходятименно в эту эру.

В мезозое усиливаетсязасушливость климата. Вымирает множество сухопутных организмов, у которыхотдельные этапы жизни связаны с водой: большинство земноводных, папоротники,хвощи и плауны. Вместо них начинают преобладать наземные формы, в жизненномцикле которых нет стадий, связанных с водой. В триасе среди растений сильногоразвития достигают голосеменные, среди животных — пресмыкающиеся. В триасепоявляются растительноядные и хищные динозавры. Весьма разнообразны в эту эруморские пресмыкающиеся. Помимо ихтиозавров, в морях юры появляются плезиозавры.

В юре пресмыкающиеся началиосваивать и воздушную среду. Летающие ящеры просуществовали до конца мела.

В юре от пресмыкающихсявозникли и птицы. На суше в юре встречаются гигантские растительноядныединозавры.

Во второй половине мелавозникли сумчатые и плацентарные млекопитающие. Приобретение живорождения,теплокровности были теми ароморфозами, которые обеспечили прогресс млекопитающих.

6. Геологическая эра, вкоторую мы живем, называется кайнозой.

Кайнозой (от греч. «новаяжизнь») — это эра (67 млн. лет — наше время) расцвета цветковых растений,насекомых, птиц и млекопитающих.

Кайнозой делится на дванеравных периода: третичный (67-3 млн.лет) и четвертичный (3 млн.лет — нашевремя).

В первой половине третичногопериода широко распространены леса тропического и субтропического типа. Втечение третичного периода от насекомоядных млекопитающих обособляется отрядприматов. К середине этого периода широкое распространение получают и общиепредковые формы человекообразных обезьян и людей.

К концу третичного периодавстречаются представители всех современных семейств животных и растений иподавляющее большинство родов.

В это время начинается великийпроцесс остепнения суши, который привел к вымиранию одних древесных и лесныхформ и к выходу других на открытое пространство. В результате сокращения лесныхплощадей одни из форм антропоидных обезьян отступали вглубь лесов, другиеспустились с деревьев на землю и стали завоевывать открытые пространства.Потомками последних являются люди, возникшие в конце третичного периода.

В течение четвертичногопериода вымирают мамонты, саблезубые тигры, гигантские ленивцы, большерогиеторфяные олени и другие животные. Большую роль в вымирании крупныхмлекопитающих сыграли древние охотники.

Около 10 тысяч лет назад в умереннотеплых областях Земли наступила «неолитическая революция», связаннаяс переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Этоопределило видовой состав органического мира, который существует в настоящеевремя.

Заключение

В результате проделанной работыбыли рассмотрены следующие вопросы:

- Рассмотрены аспекты создания классической механики иэкспериментального естествознания;

- Раскрыты особенности самоорганизация в открытых неравновесных системах;

- Рассмотрены исторические этапы развития жизни на Земле.

Возникновение синергетики взначительной степени стимулировало исследования в области теории происхожденияжизни. Так, западный ученый М. Эйген, опираясь на исследования И. Пригожина,развил принципиально новую теорию биогенеза. Можно утверждать, что именносинергетика на настоящий момент является наиболее общей теориейсамоорганизации. Она формулирует общие принципы самоорганизации, действительныедля всех структурных уровней материи, на языке математики описывает механизмыструктурогенеза, в ее рамках способность к самоорганизации выступает какатрибутивное свойство материальных систем.

Значение синергетическогоподхода к изучению природных процессов трудно переоценить. Этот подходпозволяет решить вопрос, который «мучил» основателей термодинамики:почему вопреки действию закона возрастания энтропии, который характеризуетестественное стремление материальных систем к состоянию теплового равновесия ибеспорядку, окружающий нас мир демонстрирует высокую степень организации и порядка.

Механическая картина мира перваянаучная картина мира, если в понятие науки вкладывать тот смысл, которое оноприобрело со времен Галилея. Ее содержание нельзя свести ни к Декартовойкосмогонии, ни к Ньютоновскому взгляду на мир. Механическая картина мираполучила свое завершение приблизительно к концу 18 в., а под знаком этойкартины мира прошла большая часть 19 в. В середине прошлого века Г.Гельмгольцписал: "… задача физического естествознания в конце концов заключается втом, чтобы свести явления природы на неизменные притягательные илиотталкивательные силы, величина которых зависит от расстояния. Разрешимостьэтой задачи есть в то же время условие для возможности полного понимания природы".

Развитие жизни на земле подразделяетсяна 6 больших этапов: Катархей; Архей; Протерозой; Палеозой; Мезозой; Кайнозой.

/>Список литературы

1. Дубнищева Т.Я. Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Уч. Пособ. –Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2004.

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов:- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 2004.

3. Небел Б. Наука об окружающем мире. Как устроен мир. – М.: Мир, 2002.

4. Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск:СибАГС, 2003.

5. Концепции современного естествознания. Учебник / Под ред. Алескина А.А.– М.: Инфра-М, 2003.