- Наука о природе, естествознание Естествознание

Наука о природе, естествознание
Естествознание
Естествознание
-
Система знаний и деятельности (по ее достижению), объектом
которых является природа – часть бытия, существующая по
законам, не созданным активностью людей;
-
Система наук о природе.
Естествознание имеет двоякую цель:
-
Раскрытие сущности
явлений природы,
познание их законов и
предвидение на их основе
новых явлений
-
Указание на возможность
использовать на практике
познанные законы
природы.
Основные естественные науки
Астрономия
Астрономия – наука о
Вселенной. Она
изучает движение
небесных тел, их
природу,
происхождение и
развитие.
Важнейшими
разделами
астрономии являются
космология и
космогония.
Космология – это
физическое учение о
Вселенной как целом,
ее устройстве и
развитии. Космогония
изучает вопросы
происхождения и
развития небесных
тел (звезд, планет и
т.д.)
Физика
Физика изучает
наиболее общие
свойства материи
и формы ее
движения
(механическую,
тепловую,
электромагнитную
атомную,
ядерную) и имеет
много видов и
разделов (общая
физика;
теоретическая,
экспериментальна
я физика,
механика,
молекулярная,
атомная, ядерная
физика, физика
электромагнитных
явлений и т.д.)
Химия
Химия – это наука о
веществах , их
составе, свойствах и
взаимных
превращениях. Она
изучает химическую
форму движения
материи и делится на
неорганическую и
органическую химию,
биохимию,
биогеохимию
геохимию, агрохимию,
медицинскую химию,
физическую химию,
термохимию,
электрохимию,
фотохимию, ядерную
химию, криохимию,
плазмохимию,
механохимию,
космохимию, химию
переработки сырья
и.т.д.
Биология
Биология относится к
наукам о живой
Природе и является
самой разветвленной
наукой (зоология,
ботаника, физиология
животных и человека,
этология, физиология
растений,
биологическая химия,
микробиология,
экология и
биоценология
растений,
молекулярная биология
, молекулярная
генетика, вирусология,
космическая биология,
эволюционная теория
и т.д.
Общая характеристика естествознания
Естественные науки
Характеризуются
прежде всего
направленностью
на познание
природы
Технические науки
Характеризуются
направленностью
на преобразованию
природы
Фундаментальные науки
Характеризуются направленностью на
изучение базисных структур мира (физика,
химия, астрономия ит.п.)
Теоретические прикладные науки
Характеризуются
направленностью на решение
научно – теоретических
вопросов (физика металлов,
физика полупроводников и т.п.
Математические науки
Характеризуются
направленностью на
исследование знаковых
систем , а не познание
природных явлений
Прикладные науки
Характеризуются
направленностью на
применение результатов
фундаментальных
исследований для решения
как познавательных, так и
социально – практических
задач.
Практические прикладные науки
Характеризуются направленностью на
решение научно – прикладных задач
(металловедение, полупроводниковая
технология.
Основные тенденции в развитии естествознания
Дифференциация наук
Фрагментаризация наук
Интеграция наук
Универсализация наук
Появление новых
научных понятий, идей,
теорий
Возникновение
общенаучных понятий,
идей, теорий
Появление новых
отдельных научных
дисциплин
Появление новых
междисциплинарных
отраслей знания
Повышение
теоретического уровня
научных исследований
Становление науки как
целостной системы
Усиление
прогностического уровня
научных исследований
Усиление роли науки в
общей системе культуры
человечества
Общая периодизация истории естествознания
I период
(с VI в. До н.э.)
II период
(до 2-й половины
XV в.)
Этапы натурфилософии
Этап схоластики
Фалес (625 – 547 гг. до н.э.)
Пифагор (582 – 500 гг. до
н.э.)
Мухаммед аль-Баттани
(850 – 929 гг.)
Демокрит (460 – 370 гг. до
н.э.)
Аристотель (384 – 322 гг. до
н.э.)
Евклид (III в. до н.э.)
Архимед (287 – 212 гг. до
н.э.)
Тит Лукреций Кар (99 – 55
гг. до н.э.)
Птолемей (90 – 168 гг. до
н.э.)
Ибн-Юнас (950 – 1009 гг.)
Ибн-Рушд (1126 – 1198 гг.)
И. Неморарий (2-я
половина XIII в.)
Т. Брадвардин (1290 –
1349 гг.)
III период
(2-я половина XV–
XVIII в.)
Этап механистического
естествознания
Н. Коперник (1473 - 1543 гг. )
Г. Галилей (1564 – 1642 гг.)
И. Кеплер (1571 – 1630 гг.)
Р. Декарт (1596 – 1650 гг.)
А. Лавуазье (1743 – 1794 гг.)
М. В Ломоносов (1711 – 1765
гг.)
Общая периодизация истории естествознания
V период (конец XIX
– начало XX в.)
IV период (XIX век)
Этап эволюционных идей
в естествознании
Этап крушения
механистического
естествознания
VI период (XX в.)
Этап современного
развития естествознания
Н. Бор (1885 – 1962 гг.)
И. Кант (1724 – 1804 гг.)
А.А Беккерель (1852 –
1908гг.)
А. Эйнштейн (1879 –
1955гг.)
Ж. Кювье (1769 – 1832 гг.)
П. Кюри (1859 – 1906 гг.)
Ж.Б. Ламарк (1744 – 1829гг.)
Д.Д Томсон (1856 – 1940 гг.)
Э. Резерфорд (1871 –
1937гг.)
Ч.Р. Дарвин (1809 – 1882гг.)
Э. Геккель (1834 – 1919 гг.)
М.Я. Шванн (1810 – 1882 гг.)
Д. Максвелл (1831 –
1871гг.)
М. Фарадей (1791 – 1867 гг.)
М. Планк (1858 – 1947 гг.)
А. Фридман (1888 – 1925гг.)
В. Гейзенберг (1901 –
1976гг.)
Д. Менделеев (1834 –
1907гг.)
Г. Герц (1857 – 1894 гг.)
Ж. Пуанкаре (1854 – 1912гг.)
Луи де Бройль (1892 –
1987гг.)
А. Бутлеров (1828 – 1886гг.)
К. Циолковский (1857 –
1935 гг.)
М. Борн (1882 – 1970 гг.)
П. Дирак (1902 – 1984 гг.)
Периодизация истории естествознания
(период натурфилософии)
I период – натурфилософия (с VI в. До н.э.)
I этап
II этап
Ионийский
Афинский
Учение о
первоначалах мира
Пифагореизм
Фалес (625 – 547 гг.
до н.р.)
Анаксимен (585 –
524 гг. до н.э.)
Анаксимандр (610 –
546 гг. до н.э.)
Пифагор (582 – 500
гг. до н.э.)
Атомистика Учение
Аристотеля
Демокрит (460 – 370
гг. до н.э.)
Аристотель (384 –
322 гг. до н.э.)
III этап
Эллинистский
Развитие
математики и
механики
Евклид (III в. До
н.э.)
Архимед (287 –
212 гг. до н.э.)
IV этап
Древнеримский
Атомистика
Астрономия
Тит Лукреций
Кар (99 – 55 гг.
до н.э.)
Клавдий
Птолемей (90 –
168 гг. н.э.)
Периодизация истории естествознания
(период схоластики)
II период – схоластика (до 2-й половины XV в.)
Ненаучные знания
Астрология
Алхимия
Магия
Кабалистика
И т.д.
Схоластика
1. Главный вопрос –
отношение знания к
вере
2. Основной тезис – вера
выше разума
3. Основной
философский вопрос
– отношение общего к
единичному
П. Абеляр (1079 – 1142 гг.)
Ф. Аквинский (1225 – 1274
гг.)
Д. Скот (1265 – 1350 гг.)
Н. Орем (1320 – 1382 гг.)
Научные знания
Астрономия
Математика
Абу Наср аль-Фараби (850 –
929 гг.)
Мухаммед аль- Батани (850 –
929 гг.)
Ибн-Юнас (950 – 1009 гг.)
Ибн-Рушд (1126 – 1198 гг.)
Ибн-Сина (Авиценна) (980 –
1037 гг.)
И. Неморарий (2-я половина
XIII в.)
Т. Брадвардин (1290 – 1349 гг.)
Периодизация истории естествознания
(период механистического естествознания)
III период - механистическое естествознание
(2-я половина XV-XVIII в.)
I этап
Создание гелиоцентрической
системы мира и учения о
множественности миров
Николай Коперник (1473 1543 гг.) создал
гелиоцентрическую картину
мира.
Джордано Бруно (1548 - 1600
гг.) создал учение о
множественности миров;
отрицал наличие центра
Вселенной; отстаивал тезис о
бесконечности Вселенной.
II этап
Создание классической механики,
экспериментального естествознания и
механистической картины мира
Галилео Галилей (1564 - 1642 гг.) заложил
основы механистического естествознания;
доказал справедливость гелиоцентрической
системы.
Иоган Кеплер (1571 - 1630 гг.) установил три
закона движения планет относительно
Солнца.
Исаак Ньютон (1643 - 1727 гг.) создал
классическую механику (сформировал три
основных закона движения, закон
всемирного тяготения и т.п.); завершил
построение механистической картины мира.
Периодизация истории естествознания (период эволюционных идей
в естествознании; период крушения механистического
естествознания; период современного развития естествознания)
IV период (XIX в.)
V период (начало XX в.)
Этап эволюционных
идей в естествознании
Космогоническая гипотеза
Канта-Лапласа (И. Кант, П.
Лаплас);
Теория катастроф (Ж. Кювье);
Теория геологического
эволюционизма (Ч. Лайель);
Теория эволюции
органического мира (Ж.
Ламарк, Ч. Дарвин);
Этап крушения
механистического
естествознания
Классическая
электродинамика (М.
Фарадей, Д. Максвелл, Г.
Герц);
Радиоактивность (А.
Беккерель, П. Кюри);
Открытие электрона (Д.
Томсон)
Клеточная теория (М.
Шлейден, Т. Шванн);
Открытие атомного ядра (Э.
Резерфорд);
Закон сохранения и
превращения энергии (Ю.
Майер, Г. Гельмгольц);
Квантовая гипотеза (М.
Планк);
Периодический закон
химических элементов (Д.
Менделеев) и т.д.
Квантовая теория атома (Н.
Бор);
Специальная теория
относительности (А.
Эйнштейн и т.д.)
VI период (XX в.)
Этап современного
развития естествознания
Общая теория относительности (А.Эйнштейн);
Модель расширяющейся
Вселенной (А. Фридман);
Квантовая механика (В.
Гейзенберг, Э. Шредингер);
Открытие расщепления
ядра урана (О. Ган, Ф.
Штрасман);
Создание Кибернетики
(Н.Винер)
Создание модели строения
молекулы ДНК (Д. Уотсон,
Ф. Крик)
Открытие структуры генетического кода (Ниренберг,
Корана и д.р.) и т.д.
Картина мироздания (бытия)
Мифологическая картина
Религиозная картина
мира
Общая картина мира
(бытия)
Естественная картина
мира
Философская
картина мира
Общие закономерности организации мироздания
(естественнонаучная картина мира)
Фундаментальные закономерности существования и развития Природы
Системность
Система –
упорядоченное
множество
взаимосвязанных
элементов.
Иерархичное
включение систем
нижних уровней в
системы более
высоких связывает
каждый элемент
любой системы со
всеми элементами
всех возможных
систем (например:
человек –биосфера –
Земля -Солнечная
система – Галактика Метагалактика
Самоорганизация
Способность
материи к
самоусложнению и
созданию все более
упорядоченных
структур в процессе
развития той или
иной организации
мироздания
(например:
формирование
живого организма;
динамика
популяций;
биосфера;
рыночная
экономика и т.д.).
Синергетика –
теория
самоорганизации.
Эволюционизм
Признание
существования
Природы и всех
структур
мироздания
только в рамках
глобального
эволюционного
процесса,
начатого в
момент
рождения
Вселенной.
Историчность
Признание наличия у
Природы и всех
структур мироздания
истории их
существования и
развития, а
следовательно,
принципиальной
незавершенности
настоящей, да и
любой другой
научной картины
мира.
Структурные уровни организации мироздания
(естественнонаучная картина мира)
Три уровня строения мироздания
Мегамир
Мир больших
космических
масштабов и
скоростей.
Пространство
измеряется в
астрономических
единицах, световых
годах и парсеках;
время – в миллионах и
миллиардах лет.
Макромир
Мир макрообъектов,
размерность которых
соотносима с
масштабами жизни на
Земле. Пространство
измеряется в
миллиметрах,
сантиметрах и
километрах; время – в
секундах, минутах,
часах, годах.
Микромир
Мир микрообъектов.
Мир предельно малых
масштабов.
Пространственные
характеристики
исчисляются от
до см, а время – от
бесконечности до
сек.
Физическая картина мира
Физическая картина мира в качестве основы включает в
себя общетеоретическое физическое знание.
Естественно, что на разных этапах развития науки это
знание по-разному интерпретировала внешний мир Античная,
Ньютоновская и современные физические картины мира
очень сильно различаются по своей форме и внутреннему
содержанию, и количественно, и качественно.
Схема физической картины мира связана со сменой
представлений о материи: от атомистических, корпускулярных
представлений о материи к полевым, континуальным, а затем
к квантовым.
Три физических картины мира:
- механистическая,
- электромагнитная,
- квантово–полевая.
Физическая картина мира
Общее теоретическое знание в физике, которое включает:
– основополагающие физические идеи;
– фундаментальные физические теории;
– основные принципы, законы и понятия;
– принципы и методы познания
С одной стороны, физическая
картина мира есть обобщение всех
ранее полученных знаний о природе
и определенная степень познания
человеком материального мира и его
закономерностей
С другой стороны, физическая картина
мира есть процесс введения в физику
новых
основополагающих
идей,
принципов, понятий и гипотез, которые
меняют основы теоретической физики;
одна физическая картина заменяется
другой
Схема физической картины мира связана со сменой представлений о
материи: от атомических, корпускулярных представлений о материи к
полевым, континуальным, а затем к квантовым. Отсюда и три физических
картины мира:
механистическая,
электромагнитная,
квантово–полевая
МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Формируется на основе: – механики Леонардо да Винчи (1452 – 1519),
– гелиоцентрической системы Н. Коперника (1473 – 1543),
– экспериментального естествознания Г. Галилея (1564 – 1642),
– законов небесной механики И. Кеплера (1571 – 1630),
– механики И. Ньютона (1643 – 1727)
Характерные особенности
В
рамках
механической
картины
мира
сложилась дискретная (корпускулярная) модель
реальности:
– материя – вещественная субстанция,
состоящая из атомов или корпускул;
– атомы абсолютно прочны, неделимы,
непроницаемы,
характеризуются
наличием
массы и веса
Концепция
абсолютного
пространства
и
времени:
– пространство трехмерно, постоянно и не
зависит от материи;
– время не зависит ни от пространства, ни от
материи;
– пространство и время никак не связаны с
движением тел, они имеют абсолютный характер
Все механические процессы
принципу
детерминизма.
исключается из картины мира
подчиняются
Случайность
Движение
–
простое
механическое
перемещение.
Законы
движения
–
фундаментальные законы мироздания.
Тела двигаются равномерно и прямолинейно,
а отклонения от этого движения есть действие
на них внешней силы (инерции).
Мерой инерции является масса.
Универсальным свойством тел является сила
тяготения,
которая
является
дальнодействующей
Принцип дальнодействия – взаимодействие
между телами происходит мгновенно на
любом расстоянии, т.е. действия могут
передаваться в пустом пространстве с какой
угодно скоростью
Тенденция сведения закономерностей высших
форм движения материи к закономерностям
простейшей его формы – механическому
движению
На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX вв. была разработана земная, небесная
и молекулярная механика. Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим
законам. Это привело к абсолютизации механической картины мира. Она стала рассматриваться в
качестве универсальной или классической
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА
Формируется на основе:
– начал электромагнетизма М. Фарадея
– теории электромагнитного поля Д. Максвелла
– электронной теории Г.А. Лоренца,
– постулатов теории относительности А. Эйнштейна
Характерные особенности
В рамках электромагнитной картины мира сложилась
полевая, континуальная (непрерывная) модель
реальности:
– материя – единое непрерывное поле с точечными
силовыми центрами - электрическими зарядами и
волновыми движениями в нем;
– мир – электродинамическая система, построенная
из
электрически
заряженных
частиц,
взаимодействующих посредством электромагнитного
поля
Движение – распространение колебаний в поле,
которые описываются законами электродинамики
Принцип близкодействия – взаимодействия любого
характера передаются полем от точки к точке
непрерывно и с конечной скоростью
В электромагнитную картину мира было введено
понятие вероятности
Реляционная (относительная) концепция пространства
и времени: пространство и время связаны с
процессами, происходящими в поле, т.е. они
несамостоятельны и зависимы от материи
Игнорирование дискретной, атомистической природы
вещества приводит максвелловскую электродинамику
к целому ряду противоречий, которые снимаются с
созданием
Г. Лоренцом электронной теории или
микроскопической
электродинамики.
Последняя
восстанавливает
в
своих
правах
дискретные
электрические заряды, но она сохраняет и после как
объективную реальность
А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира
идею относительности пространства и времени. Так
появилась общая теория относительности, ставшая
последней крупной теорией, созданной (1916) в
рамках электромагнитной картины мира
КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КАРТИНА МИРА
Формируется на основе:
– квантовой гипотезы М. Планка
– волновой механики Э. Шредингера
– квантовой механики В.Гейзенберга
– квантовой теории атома Н.Бора
Характерные особенности
В рамках квантово-полевой картины мира сложились
квантово-полевые представления о материи:
– материя обладает корпускулярными и волновыми
свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет
свойства волны и частицы
Картина физической реальности в квантовой
механике двупланова: с одной стороны, в нее входят
характеристики исследуемого объекта; с другой
стороны – условия наблюдения (метод познания), от
которых зависит определенность этих характеристик
При описании объектов используется два класса
понятий:
пространственно-временные
и
энергетически-импульсные.
Первые
дают
кинематическую картину движения, вторые –
динамическую (причинную). Пространство–время и
причинность относительны и зависимы
Движение
–
частный
случай
физического
взаимодействия. Фундаментальные физические
взаимодействия:
сильное,
электромагнитное,
слабое, гравитационное. Они описываются на
основе принципа близкодействия: взаимодействия
передаются соответствующими полями от точки к
точке, скорость передачи взаимодействия конечна и
не превышает скорости света
Спецификой квантово-полевых представлений о
закономерности и причинности является то, что они
выступают в вероятностной форме, в виде
статистических законов
Фундаментальные положения квантовой теории:
– принцип неопределенности;
– принцип дополнительности
ХИМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Формируется на основе
Атомной теории Дальтона
Атомно-молекулярной теории Авогадро
Периодического закона Д.И.Менделеева
Теория строения органических веществ А.М.Бутлерова
Концептуальные знания о строении
материального мира со стороны его
химического содержания
Концептуальные знания о развитии
материального мира в плане его химической
эволюции
Концептуальные знания о происхождении
основных видов и форм вещества, о его
химической структуре
Концептуальные знания о природных
процессах химического движения
Концептуальные знания теоретических основ
химии:
строение атома, учение о химической связи,
катализе, реакционной способности веществ и
другие направления в химии
БИЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Формируется на основе
Клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена
Теории эволюции Ч.Дарвина
Закономерности наследования Менделя
Представления о постоянстве внутренней среды Бернара
Клеточная теория описывает строение клеток,
их деление, взаимодействие с внешней средой,
состав внутренней среды и клеточной оболочки,
механизм действия отдельных частей клетки и
их взаимодействия между собой.
Эволюция происходит в течение периода
времени, превышающего срок жизни одного
поколения, и заключается в изменении
наследуемых черт организма.
Способность регулировать свою внутреннюю
среду так, чтобы поддерживать её постоянство,
например, кислотность внутренней среды,
постоянная температура тела.
Информация о строении живых существ,
физических или биохимических характеристик
организма, закодирована в ДНК и передаются
из поколения в поколение вместе с генами.
Любой живой организм зависит от постоянного притока энергии.
Энергия черпается из веществ, которые служат пищей и
используются как для извлечения энергии, так и для синтеза
биологических молекул собственного организма. Первичным
источником энергии является световая энергия