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.

Микро-, макро- и мегамиры. В настоящее  время изучение естественной науки  сконцентрировано на трех главных фронтах: 1) изучение очень большого - (занимается 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.

астрономия, астрономы 

Естествознание: основные понятия

наблюдают все более отдаленные объекты и пытаются составить

1.Понятие научной революции.  Место научных революций в  формировании научной картины  мира.

Как это видно из рассмотренных  нами ранее теоретических моделей развития науки одним из важнейших понятий является научная революция. Различные исследователи в это понятие вкладывают разный смысл, самая радикальная интерпретация заключается в признании одной единственной революции, которая состоит в победе над невежеством, суевериями и предрассудками, в результате чего и рождается наука. Другая интерпретация сводит революцию к ускоренной эволюции, с этой точки зрения любая научная теория может быть модифицирована, но не опровергнута. Самую оригинальную концепцию научной революции предложил К. Поппер, ее можно назвать концепцией «непрерывной революции», по его мнению, научной может считаться только та теория, которая допускает принципиальную возможность своего опровержения. Поскольку ни одна из теорий не может охватить все многообразие мира, ее объяснительный потенциал оказывается исчерпанным, потенциальная опровержимость превращается в актуальную, поэтому одна теория сменяется другой.

Все эти трактовки термина «научная революция» являются возможными» но не достаточно строгими, в буквальном переводе термин «революция» означает переворот, следовательно, не любые изменения следует рассматривать как революцию, а только такие которые связаны с изменением всех существенных элементов: фактов, закономерностей, теорий методов, в и всей научной картины мира.

2.Понятие научной картины  мира. Исторические типы научной  картины мира.

Научная картина мира это – множество  теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Поскольку картина мира это системное образование, ее изменение нельзя свести ни к какому единичному, пусть и самому крупному и радикальному открытию. Как правило, речь идет о целой серии взаимосвязанных открытий, в главных фундаментальных науках. Эти открытия почти всегда сопровождаются радикальной перестройкой метода исследования, а так же значительными изменениями в самих нормах и идеалах научности.

Таких четко и однозначно фиксируемых  радикальных смен научной картины  мира, научных революций в истории  развития науки можно выделить три, обычно их принято персонифицировать  по именам трех ученых сыгравших наибольшую роль в происходивших изменениях.

1. Аристотелевская (VI-IV века до нашей эры) в результате этой научной революции возникла сама наука, произошло отделение науки от других форм познания и освоения мира, созданы определенные нормы и образцы научного знания. Наиболее полно эта революция отражена в трудах Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е. учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания, разработал категориально понятийный аппарат. Он у твердил своеобразный канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование решения), дифференцировал само знание, отделив науки о природе от математики и метафизики
2. Ньютоновская научная революция (XVI-XVIII века), Ее исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической, этот переход был обусловлен серией открытий, связанных с именами Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютон, подвел итог их исследованиям и сформулировал базовые принципы новой научной картины мира в общем виде. Основные изменения:
1. Классическое естествознание заговорило языком математики, сумело выделить строго объективные количественные характеристики земных тел (форма величина, масса, движение) и выразить их в строгих математических закономерностях.
2. Наука Нового времени нашла мощную опору в методах экспериментального исследования, явлений в строго контролируемых условиях.
3. Естествознания этого времени отказалось от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса, по их представления Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов.
4. Доминантой классического естествознания, становится механика, все соображения, основанные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, были исключены из сферы научного поиска.
5. В познавательной деятельности подразумевалась четкая оппозиция субъекта и объекта исследования. Итогом всех этих изменений явилась механистическая научная картина мира на базе экспериментально математического естествознания.
3. Эйнштейновская революция (рубеж XIX-XX веков). Ее обусловила сери открытий (открытие сложной структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.). В итоге была подорвана, важнейшая предпосылка механистической картины мира – убежденность в том, что с помощью простых сил действующих между неизменными объектами можно объяснить все явления природы.

Фундаментальные основы новой картины  мира:

1. общая и специальная теория относительности (новая теория пространства и времени привела к тому, что все системы отсчета стали равноправными, поэтому все наши представления имеют смысл только в определенной системе отсчета. Картина мира приобрела релятивный, относительный характер, видоизменились ключевые представления о пространстве, времени, причинности, непрерывности, отвергнуто однозначное противопоставление субъекта и объекта, восприятие оказалось зависимым от системы отсчета, в которую входят и субъект и объект, способа наблюдения и т.д.)
2. квантовая механика (она выявила вероятностный характер законов микромира и неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в самых основах материи). Стало ясно, что абсолютно полную и достоверную научную картину мира не удастся создать никогда, любая из них обладает лишь относительной истинностью.

Позднее в рамках новой картины  мира произошли революции в частных  науках в в космологии (концепция  не стационарной Вселенной), в биологии (развитие генетики), и т.д. Таким  образом, на протяжении XX века естествознание очень сильно изменило свой облик, во всех своих разделах.

Три глобальных революции предопределили три длительных периода развития науки, они являются ключевыми этапами  в развитии естествознания. Это не означает, что лежащие между ними периоды эволюционного развития науки были периодами застоя. В это время тоже совершались важнейшие открытия, создаются новые теории и методы, именно в ходе эволюционного развития накапливается материал, делающий неизбежной революцию. Кроме того, между двумя периодами развития науки разделенными научной революцией, как правило, нет неустранимых противоречий, согласно сформулированному Н. Бором, принципу соответствия, новая научная теория не отвергает полностью предшествующую, а включает ее в себя в качестве частного случая, то есть устанавливает для нее ограниченную область применения. Уже сейчас, когда с момента возникновения новой парадигмы не прошло и ста лет многие ученые высказывают предположения о близости новых глобальных революционных изменений в научной картине мира.

Введение. Предмет истории  естествознания.

Термин “естествознание” несет  несколько смыслов, которые необходимо уточнить. С одной стороны –  это знание о “естественном”, что  само по себе не прояснено. С другой стороны, о каком, собственно, знании идет речь?  
Понятие “естественного” подразумевает природу, как она есть и противопоставляется с одной стороны "сверхъестественному", с другой – искусственному, причем острота этих противопоставлений меняется от эпохи к эпохе. Природа, “физис” по-гречески, термин сам по себе очень многоплановый /2/. Первоначальное его значение - “рождение того, что растет” /3/, то есть организма. Поэтому под “физикой” греки подразумевали то, что мы сейчас называем естествознанием, а именно, науки о природных живых организмах, человеке как биологическом объекте, мире в целом, который представлялся грекам как единый, живой организм и который греки впервые попытались объяснить рационально. Ныне под естественнонаучными дисциплинами понимают, прежде всего, физику, химию, астрономию, биологию, медицину и некоторые другие, противопоставляя их с одной стороны гуманитарным (общественным) наукам, с другой – техническим. Особняком стоит математика, включаемая порой в комплекс естественных наук, но скорее не по предмету своего изучения, а как методология.  
Под “знанием” ныне мы понимаем главным образом научное знание, поэтому, занявшись историей естествознания, мы не обойдем вопроса о том, что есть наука как таковая, и когда зарождается именно наука о природе. Ведь магия является также знанием о природных явлениях; наука по Фрэзеру /4/ замещает магию как область человеческой деятельности. Среди многочисленных определений, что есть наука, наиболее краткое и в то же время емкое принадлежит Аристотелю: “ Наука – это знание, основанное на доказательстве”. Базируясь на этом определении науки как некоей методологии, которая в современной терминологии называется гипотетико-дедуктивным методом /5/, можно попутно решить очень важный вопрос о времени и месте зарождения науки как таковой и естественных наук, в частности. В VI веке до н.э. в ионийских городах Древней Греции среди философов, астрономов и математиков, которые, впрочем, так еще не назывались, впервые начинает систематически применяться научная гипотеза и дедуктивное доказательство, ставшие впоследствии главными орудиями в приобретении знаний. В предшествующих и сопутствующих восточных культурах, несмотря на высокий, порой даже более высокий, чем у греков (в Вавилоне) уровень знаний в математике и астрономии, эти важнейшие компоненты отсутствовали. Что же касается европейской науки, то она не создала никаких принципиально новых методов научного познания.  
В своем курсе истории естествознания мы будем рассматривать эту историю как единый поток, не разбивая его на отдельные реки, ручьи и т.д. То есть, мы не будем изучать истории отдельных наук отдельно во времени и пространстве, а, придерживаясь хронологического принципа, рассматривать, прежде всего, наиболее “продвинутые” в теоретическом плане науки, обращая малое внимания на науки, находящиеся в “описательно-классификационном” состоянии. Тем более что помимо внешних причин, обуславливающих не одновременность развития наук, существует и внутренняя логика развития науки, впервые сформулированная Огюстом Контом. В своей классификации наук О.Конт поставил математику на первое место, ибо она не нуждается в других науках. Далее - механику, для которой необходима лишь математика, затем астрономия, для которой нужна и математика и механика и т.д. Действительно, для прогресса математики не требуется никаких знаний, кроме математических, она может развиваться даже в том случае, если других наук вообще не будет  (необходим лишь первый толчок). Существование же, например, биологии как теоретической науки немыслимо без предшествующего развития физики, химии, физиологии и анатомии. Именно поэтому первоначально большее внимание будет уделяться математике, астрономии и лишь затем механике, физике и т.д. Это, конечно, не означает, что для появления элементов “более сложных” наук необходимо полностью сложиться ее “предшественницам”. Но это будет еще не теоретическая наука. Для различения наук, находящихся на “описательно-классификационном” и “теоретическом” этапах развития, еще в древности существовало два термина. Первые назывались “историей”, а вторые – “философией”. Нас будет более интересовать история философии, а точнее, натурфилософии.  
1. Рожанский И.Д. Развитие естествознания в эпоху античности. - М.: «Наука», 1979.  
3. Аристотель. Физика. Собр.соч.т.3. - М.: «Мысль», 1981.  
4. Фрэзер Дж. Дж. Золотая ветвь: Исследование магии и религии. – М.: Политиздат, 1980.  
5. Жмудь Л.Я. Пифагор и его школа.- Л.: «Наука», 1990.

Глава 1. Возникновение естествознания.

1.1. Преднаука  Древнего Востока. 

 
Элементы естественных знаний, знаний в области естественных наук, накапливались  постепенно в процессе практической деятельности человека и формировались большей частью исходя из потребностей этой практической жизни, не становясь самодостаточным предметом деятельности. Выделяться из практической деятельности эти элементы начали в наиболее организованных обществах, сформировавших государственную и религиозную структуру и освоивших письменность: Шумер и Древний Вавилон, Древние Египет, Индия, Китай. Чтобы понять, почему одни моменты естествознания появляются ранее других, вспомним, области деятельности, знакомые человеку той эпохи:  
- сельское хозяйство, включая земледелие и скотоводство;  
- строительство, включая культовое;  
- металлургия, керамика и прочие ремесла;  
- военное дело, мореплавание, торговля;  
- управление государством, обществом, политика;  
- религия и магия.  
Рассмотрим вопрос: развитие каких наук стимулируют эти занятия?  
1. Развитие сельского хозяйства требует развития соответствующей с/х техники. Однако от развития последней до обобщений механики слишком долгий период, чтобы всерьез рассматривать генезис механики из, скажем, потребностей земледелия. Хотя практическая механика, несомненно, развивалась в это время. Например, можно проследить появление из примитивной древнейшей зернотерки, через зерновую мельницу (жернова) водяной мельницы (V-III вв. до н.э.) - первой машины в мировой истории.

2. Ирригационные  работы в Древнем Вавилоне  и Египте требовали знания  практической гидравлики. Управление  разливом рек, орошение полей  при помощи каналов, учет распределяемой  воды развивает элементы математики. Первые водоподъемные приспособления - ворот, на барабан которого был намотан канат, несущий сосуд для воды; "журавль" - древнейшие предки кранов и большинства подъемных приспособлений и машин.

3. Специфические  климатические условия Египта  и Вавилона, жесткое государственное регулирование производства диктовали необходимость разработки точного календаря, счета времени, а отсюда - астрономических познаний. Египтяне разработали календарь, состоящий из 12-ти месяцев по 30 дней и 5-ти дополнительных дней в году. Месяц был разделен на 3 десятидневки, сутки на 24 часа: 12 дневных часов и 12 ночных (величина часа была не постоянной, а менялась со временем года). Ботаника и биология еще долго не выделялись из сельскохозяйственной практики. Первые начатки этих наук появились только у греков.

4. Строительство,  особенно грандиозное государственное  и культовое требовали, по крайней  мере, эмпирических знаний строительной  механики и статики, а также  геометрии. Древний Восток был  хорошо знаком с такими механическими  орудиями как рычаг и клин. На сооружение пирамиды Хеопса пошло 23 300 000 каменных глыб, средний вес которых равен 2,5 тонны. При сооружении храмов, колоссальных статуй и обелисков вес отдельных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы доставлялись из каменоломен на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб от породы служил клин. Подъем тяжестей осуществлялся с помощью наклонных плоскостей. Например, наклонная дорога к пирамиде Хефрена имела подъем 45,8 м и длину 494,6 м. Следовательно, угол наклона к горизонту составлял 5,3 0 , и выигрыш в силе при поднятии тяжести на эту высоту был значительным. Для облицовки и пригонки камней, а возможно и при подъеме их со ступеньки на ступеньку, применялись качалки. Для поднятия и горизонтального перемещения каменных глыб служил также рычаг.

К началу последнего тысячелетия до н.э. народам Средиземноморья  были достаточно хорошо известны те пять простейших подъемных приспособлений, которые впоследствии получили название простых машин: рычаг, блок, ворот, клин, наклонная плоскость. Однако до нас не дошел ни один древнеегипетский или вавилонский текст с описанием действия подобных машин, результаты практического опыта, видимо, не подвергались теоретической обработке. Строительство больших и сложных сооружений диктовало необходимость знаний в области геометрии, вычислении площадей, объемов, которое впервые выделилось в теоретическом виде. Для развития строительной механики необходимо знание свойств материалов, материаловедение. Древний Восток хорошо знал, умел получать очень высокого качества кирпич (в том числе обожженный и глазурованный), черепицу, известь, цемент.

5. В древности  (еще до греков) было известно 7 металлов: золото, серебро, медь, олово,  свинец, ртуть, железо, а также  сплавы между ними: бронзы (медь с мышьяком, оловом или свинцом) и латуни (медь с цинком). Цинк и мышьяк использовались в виде соединений. Существовала и соответствующая техника для плавки металлов: печи, кузнечные мехи и древесный уголь как горючее, что позволяло достигнуть температуры 1500 0С для плавления железа. Разнообразие керамики, производимой древними мастерами, позволило, в частности, археологии в будущем стать почти точной наукой. В Египте варили стекло, причем разноцветное, с применением разнообразных пигментов-красителей. Широкой гамме пигментов и красок, применявшихся в различных областях древнего мастерства, позавидует современный колорист. Наблюдения над изменениями природных веществ в ремесленной практике, наверное, послужили основой для рассуждений о первооснове материи у греческих физиков. Некоторые механизмы, применяемые ремесленниками, чуть ли не до сей поры, изобретены в глубокой древности. Например, токарный станок (конечно, ручной, деревообрабатывающий), прялка.

6. Нет нужды  долго распространяться о влиянии  торговли, мореплавания, военного дела на процесс возникновения научных знаний. Отметим только, что даже простейшие виды оружия должны делаться с интуитивным знанием их механических свойств. В конструкции стрелы и метательного копья (дротика) уже заложено неявное понятие об устойчивости движения, а в булаве и боевом топоре - оценка значения силы удара. В изобретении пращи и лука со стрелами проявилось осознание зависимости между дальностью полета и силой броска. В целом, уровень развития техники в военном деле был значительно выше, чем в сельском хозяйстве, особенно в Греции и Риме. Мореплавание стимулировало развитие той же астрономии для координации во времени и пространстве, техники строительства судов, гидростатики и многого другого. Торговля способствовала распространению технических знаний. Кроме того, свойство рычага - основы любых весов было известно задолго до греческих механиков-статиков. Следует отметить, что в отличие от сельского хозяйства и даже ремесла, эти области деятельности были привилегией свободных людей.