Основи природознавства

Природно - наукова картина світу.

Наукова картина світу це - безліч теорій в сукупності описують відомий людині природний світ, цілісна система уявлень про загальні принципи і законах пристрої світобудови. Спеціальні картини світу як особлива форма теоретичних знань є продуктом тривалого історичного розвитку науки. Вони виникли в якості відносно самостійних фрагментів загальнонаукової картини світу на етапі формування дисциплінарно організованою науки (кінець XVIII - перша половина XIX ст.).

Механічна картина світу.

Найважливішу роль у побудові механічної картини світу зіграли: принцип матеріальної єдності світу, що виключає схоластичне поділ на земний і небесний світ; принцип причинності і закономірності природних процесів, принципи експериментального обгрунтування знання і встановлення на підключення експериментального дослідження природи з описом її законів на мові математики. Забезпечивши побудова механічної картини світу, ці принципи перетворилися на її філософське обгрунтування. Механічна картина світу. Багато поколінь вражала і продовжує вражати велична і цілісна картина світу, яка була створена на основі механіки Ньютона. Згідно Ньютону, весь світ складається "з твердих, невагомих, непроникних, рухомих частинок ". Ці" первинні частинки абсолютно тверді: вони незмірно більш тверді, ніж тіла, які з них складаються, настільки міцні, що вони ніколи не зношуються і не розбиваються вщент. "Відрізняються вони один від одного головним чином кількісно, своїми масами. Все багатство, все якісне різноманіття світу - це результат відмінностей в русі частинок. Внутрішня сутність частинок залишається на другому плані. Підставою для такої єдиної картини світу послужив всеосяжний характер відкритих Ньютоном законів руху тіл. Цим законам з дивовижною точністю підпорядковуються як величезні небесні тіла, так і дрібні піщинки, гнані вітром і навіть вітер - рух невидимих оком частинок повітря - підпорядковується тим же законам. Однак проста механічна картина світу виявилася не заможної. з'ясувалося, що електромагнітні процеси не підкоряються законам механіки Ньютона.

Електромагнітна картина світу.

Ця модель природи виникла в кінці XIX в. Ідеї, які лягли в її основу, почали формуватися у фізиці задовго до її затвердження. У той час ще панував механістичний спосіб мислення. Але він вже не був у змозі пояснити нові емпіричні факти, отримані в різних «не механічних» областях дослідження. Закон збереження енергії відіграв велику роль у відкриття, пов'язаних з електричними і магнітними явищами. «Беручи на себе завдання відшукати закони електрики, ми бачимо, що не володіємо ніяким іншим доступним допоміжним засобом дослідження, крім як єдино і виключно принципом збереження енергії », - говорив Макс Планк. Перші дослідження з електрики і магнетизму почалися ще задовго до відкриття закону збереження і перетворення енергії.

До Фарадея ніхто не говорив про те, що силове поле - це не результат механічних переміщень тіл, не формальна схема, яка необхідна для пояснення явищ, що воно саме по собі є матеріальною субстанцією. Подальший розвиток уявлень про поле пов'язане з Максвелом. Всі закони природи зводилися до законів електромагнетизму, які математично виражалися рівняннями Максвелла. Речовина представлялося що складається з електрично заряджених частинок. Ставилося завдання «побудувати модель атома, складеного з певних поєднань позитивного і негативного електрики ».

Революція в природознавстві і зміна колишньої картини світу.

ейнштейнівської революція (рубіж XIX-XX століть). Її зумовила серія відкриттів (відкриття складної структури атома, явище радіоактивності, дискретного характеру електромагнітного випромінювання і т.д.). У підсумку була підірвана, найважливіша передумова механістичній картини світу - переконаність в тому, що за допомогою простих сил діючих між незмінними об'єктами можна пояснити всі явища природи.

Фундаментальні основи нової картини світу: загальна і спеціальна теорія відносності (нова теорія простору і часу призвела до того, що всі системи відліку стали рівноправними, тому всі наші уявлення мають сенс тільки в певній системі відліку. Картина світу набула релятивної, відносний характер, видозмінилися ключові уявлення про простір, часу, причинності, безперервності, відкинуто однозначне протиставлення суб'єкта і об'єкта, сприйняття виявилося залежним від системи відліку, в яку входять і суб'єкт і об'єкт, способу спостереження і т.д.) квантова механіка (вона виявила імовірнісний характер законів мікросвіту і непереборний корпускулярно-хвильової дуалізм у самих засадах матерії).

Стало ясно, що абсолютно повну і достовірну наукову картину світу не вдасться створити ніколи, будь-яка з них має лише відносну істинністю. Пізніше в рамках нової картини світу відбулися революції в приватних науках в космології (концепція не стаціонарного Всесвіту), в біології (розвиток генетики), і т.д. Таким чином, протягом XX століття природознавство дуже сильно змінило свій вигляд, в усіх своїх розділах. Три глобальних революції визначили три тривалих періоду розвитку науки, вони є ключовими етапами в розвитку природознавства. Це не означає, що лежать між ними періоди еволюційного розвитку науки були періодами застою.

Концепція незворотності і термодинаміки.

Поняття часу в класичної термодинаміки.

Класичну термодинаміку Клаузіуса здавна називають королевою наук. Це чудова наукова система, деталі якої ні по красі, ні по блискучій закінченості не поступаються всій системі в цілому. Останні слова належать М. Планку. Таку славу вона здобула завдяки граничної широті і універсальності свого фундаменту - перший і другий, почав, яким покликане підкорятися все суще. Саме тому термодинаміки було призначено зіграти роль стартового майданчика при розробці загальної теорії природи.

Відкриті системи і нова термодинаміка.

Але класична термодинаміка не знайома з часом і простором: вона визнає тільки такі поняття, як спокій (рівновага), для якого не існує часу, і однорідність, для якої байдужа протяжність в просторі. Цей недолік особливо відчутне для інженера, сильно туги рамками часу і простору.
Щоб справитися з вказаною труднощами, Онзагером була запропонована термодинаміка незворотних процесів, вже містила і час, і простір, і ефекти виділення теплоти тертя у необоротних (нерівноважних) процесах. Це був революційний крок принциповій важливості. Проте теорія Онзагера як і раніше, має у своїй основі другий закон класичної термодинаміки, з допомогою якого вводиться поняття ентропії, справедливою лише для стану рівноваги. Тому, строго кажучи, застосування термодинаміки Онзагера обмежується лише процесами, дуже мало відхиляється від станів рівноваги. Цей напрямок одержав широкий розвиток, особливо в рамках нідерландсько-бельгійської школи; термодинаміка незворотних процесів стала іменуватися термодинаміки нерівноважних процесів, але фундамент її не зазнав, змін.

Відкриті системи і Нерівноважна термодинаміка.

Нерівноважна термодинаміка відкритих систем вивчає істотно нерівноважні процеси. У їхньому описі ключову роль відіграє поняття зростання ентропії системи за рахунок процесів, що відбуваються усередині неї. Такий підхід призвів до нового погляду на звичні поняття. Видатна роль у розвитку даного наукового напрямку належить І.Р. Пригожина, відзначений за свої роботи Нобелівської премії в 1977 році. Великий внесок зробили також Л. Берталанфі, Л. Онзагер, Л. І. Мандельштам, М. А. Леонтович, М. Ейген, Г. Хакен. Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, отримали назву дисипативних. У таких системах енергія впорядкованого руху переходить в енергію неупорядкованого хаотичного руху, тобто в тепло. Якщо замкнуту систему вивести зі стану рівноваги, то в ній почнуться процеси, які повертають її до стану термодинамічної рівноваги, в якому її ентропія досягає максимального значення. Згодом ступінь нерівноважності буде зменшуватися, однак, в будь-який момент часу ситуація буде нерівноважної. У випадку відкритих систем відтік ентропії назовні може врівноважити її зростання в самій системі. У цих умовах може виникнути і підтримуватися стаціонарний стан. Такий стан Берталанфі назвав поточним рівновагою. За своїми характеристиками поточне рівновагу може бути близько до рівноважних станів. У цьому випадку виробництво ентропії мінімально (теорема Пригожина). Якщо ж відтік ентропії перевищує її внутрішнє виробництво, то виникають і розростаються до макроскопічного рівня великомасштабні флуктуації. За певних умов у системі починає відбуватися самоорганізація - створення впорядкованих структур з хаосу. Ці структури можуть послідовно переходити в усе більш складні стану. Такі утворення в дисипативних системах Пригожин назвав дисипативних структурами.

Самоорганізація в відкритих системах.

Одним з результатів впровадження принципу універсального еволюціонізму було виникнення синергетики. У класичній науці панувало переконання, що матерії властива тенденції до зниження ступеня її впорядкованості, прагнення до рівноваги, що в енергетичному сенсі означає хаотичність. Коли принцип еволюціонізму, був поширений на інші рівні організації матерії, протиріччя стало ще помітніше. Стало очевидно, що для збереження цілісності не суперечливої картини світу потрібно визнати, що в природі діє не тільки руйнівний, але і творчий принцип. Що матерія здатна самоорганізовуватися і самоусложняться. На хвилі цих проблем виникла синергетика - теорія самоорганізації. В даний час вона розвивається за декількома напрямками: синергетика (Г. Хакен), Нерівноважна термодинаміка (І. Пригожин) та ін термінами для всіх для них є наступні: процеси руйнування і творення у Всесвіті щонайменше рівноправні. процеси творення наростання складності і впорядкованості) мають єдиний алгоритм незалежно від природи систем в яких вони здійснюються. Таким чином, синергетика ставить перед собою завдання виявлення якогось універсального механізму, за допомогою якого здійснюється самоорганізація як в живій, так в неживої природи. Під самоорганізацією в даному випадку розуміється спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш складного до більш складних і впорядкованим формам організації. Об'єктами синергетики є системи, які 1. відкриті, то є, здатні обмінюватися речовиною з навколишнім зовнішнім середовищем; 2. нерівноважні, тобто що перебувають у стані далекому від термодинамічної рівноваги. Розвиток таких систем, що приводить до поступового наростання складності, протікає в такий спосіб перша фаза - період плавного еволюційного розвитку з добре передбаченими лінійними змінами, що приводять у результаті до нікому нестійкого критичного стану. Друга фаза - вихід з критичного стану одномоментно стрибком і перехід в новий стійкий стан з більшим ступенем складності і впорядкованості. Особливо важливо врахувати, що перехід в новий стійкий стан не є однозначним. Система досягла, критичного стану лежить на роздоріжжі, обидва варіанту в момент вибору є однаково можливими. Але як тільки вибір зроблений, і система досягла нового стану рівноваги, зворотного шляху немає, розвиток систем такого роду завжди є незворотнім і непередбачувано, точніше будь-які прогнози її розвитку можуть носити лише імовірнісний характер. Синергетична інтерпретація явищ відкриває нові можливості їх вивчення.

Концепція еволюції в біології.

Чарльз Дарвін - основоположник теорії еволюції.

Вчення Дарвіна - "Походження видів шляхом природного відбору ". Причини еволюції - боротьба за існування і природний добір. Інструмент еволюції - мінливість. При це на перше місце за значенням для еволюції видів Дарвін поставив індивідуальну (невизначену) мінливість. Три види боротьби за існування:

1. Внутрішньовидова

2. Міжвидова

З. Боротьба з несприятливими умовами неживої природи.

Мета еволюції за Дарвіном -- видоутворення. Слабким місцем у вченні Дарвіна були уявлення про спадковість. Дженкін: "Якщо відбір залишає в живих ті особи, які лише не дуже відрізняються від інших, то вже при наступному схрещуванні наступає "поглинання" нових ознак, тому що партнер зі схрещування імовірніше за все не має цього нового властивості - відбудеться розчинення ознак у потомство ".

Основні фактори і рушійні сили еволюції.

Сучасна теорія еволюції (СТЕ) виявляє наступні механізми еволюції:

1. СТЕ виділяє елементарну структуру, за якої починається еволюція. Це популяція (тобто сукупність індивідів одного виду, здатних схрещуватися між собою), а не окрема особина або вигляд, який включає до свого складу декілька популяцій;

2. В якості елементарного явища або процесу еволюції сучасна теорія розглядає стійка зміна генотипу популяції;

3. СТЕ ширше й глибше тлумачить фактори та рушійні сили еволюції, виділяючи серед них основні і неосновні. Самі основні фактори тепер розуміються по-новому і відповідно до цього до провідних чинників відносять зараз мутаційні процеси, популяційні хвилі чисельності і ізоляцію. Найважливішим із них є мутаційний процес, який виходить з визнання того незаперечного тепер факту, що основну масу еволюційного матеріалу складають різні форми мутацій (тобто змін спадкових властивостей організмів, що виникають природним шляхом або викликаних штучними засобами).

Систематична теорія еволюції.

Систематична теорія еволюції грунтується на принципах синергетики, зокрема на принципі самоорганізації і саморозвитку складних систем. Такий моделлю є концепція глобального еволюціонізму. У цій концепції Всесвіт постає як розвивається під часу природне ціле, а вся історія Всесвіту від Великого Вибуху до виникнення людства розглядається як єдиний процес, в якому космічний, хімічний, біологічний і соціальний типи еволюції спадкоємно і генетично пов'язані між собою. Космохімія, геохімія, біохімія відображають тут фундаментальні переходи в еволюції молекулярних систем і неминучості їх перетворення в органічну матерію. У концепції глобального еволюціонізму підкреслюється важлива закономірність - спрямованість розвитку світового цілого на підвищення своєї структурної організації. Вся історія Всесвіту - від моменту сингулярності до виникнення людини - постає як єдиний процес матеріальної еволюції, самоорганізації, саморозвитку матерії.

Філософські проблеми еволюційної теорії.

Основною філософською проблемою еволюційної теорії є проблема антропосоціогенезу. Існує велика кількість підходів до розуміння цієї проблеми. Всіх дослідників - філософів цієї проблеми можна умовно розділити на три групи:

1. вважають. Що цю проблему вирішити неможливо по ряду об'єктивних причин;

2. вважають, що цю проблему і теоретично і практично вирішити можна;

3. марксизм, вважається, що відповідь на це питання вже дано.

До філософським проблема еволюції можна віднести питання про подальший розвиток світу і Землі, адже синергетика припускає, що складна самооргнаізующаяся система може знову повернуться до хаосу.

Список літератури

Вейнік А. И. «Термодинаміка реальних процесів »

Герценштейн М.Є. Про двох варіантах сценарію еволюції Всесвіту// Изв. ВУЗів. Фізика. 1987. № 6.

Голін Г. М., С.Р. Філоновіч. Класики фізичної науки (з найдавніших часів до початку ХХ ст.). Довідковий посібник. - М.: Вища школа, 1989. - 576 с.

Карпенков С. Х. Основніконцепції природознавства. Навчальний посібник для вузів. - М.: Культура і спорт ЮНИТИ, 1998. - 208 с.

Концепції сучасного природознавства для студентів вузів. Колектив авторів під рук. С. І. Самигіна. - Ростов н/Д: "Фенікс", 1997. - 444 с.

Максвелл і розвиток фізики XIX - XX століть. Под ред. Полак Л.С. Наука. 1985.

Найдыш В.М.. Концепції сучасного природознавства. М., 1999.

Новоженов В.А. Природознавство: Навчальний посібник. Барнаул: Изд-во АГУ, 1998.

Рузавін. Г. І. Концепції сучасного природознавства. -- М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997. - 287 с.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.monax.ru