Естествознание: основные понятия

Естествознание: основные понятия

Естествознание. 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.

2.12 Основные  принципы квантовой механики. - принцип  дополнительности, принцип суперпозиции, принцип симметрии, принцип неопределенности.

2.15 Принцип суперпозиции. - это допущение, согласно которому  результирующий эффект представляет  собой сумму эффектов, вызываемых  каждым воздействующим явлением  в отдельности. Принцип суперпозиции  выполняется, когда воздействующие  явления не влияют друг на  друга. 

2.9 Развитие корпускулярно-континтуальной  концепции описания природы. Корпускулярно-волновой  дуализм. Корпускулярно-волновой  дуализм заключается в том,  что любые микрообъекты материи  (фотоны, электроны, протоны, атомы)  обладают свойствами и частиц  и волн. Количественное выражение  корпускулярно-волнового дуализма - соотношение де Бройля.