Научные теории естествознания

Научные теории естествознания

 

 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 по дисциплине «Естествознание»

 

 Научные теории естествознания

 

Оглавление

 

 

1. Что такое наука, ее основные  черты и отличия от других  отраслей культуры

 

2. Классификация естественных наук. Основные проблемы, решаемые отдельными  естественными науками

 

3. Свойства пространства и времени. Главные выводы специальной и  общей теории относительности

 

4. Характеристика основных физических  взаимодействий

 

5. Эволюция Вселенной. Модель Большого  взрыва и расширяющейся Вселенной

 

6. Естественнонаучные модели происхождения  жизни

 

7. Функции ДНК и ее химическая  характеристика

 

8.Роль мутаций и окружающей  среды в эволюции живого

 

9. Иерархическое строение биосферы  и трофические уровни

 

10. Биосфера и ноосфера 

 

Список использованной литературы

 

 

1. Что такое наука, ее основные  черты и отличия от других  отраслей культуры

 

 

 Наука, имея многочисленные  определения, выступает в трех  основных ипостасях. Она понимается  либо как форма деятельности, либо как система или совокупность  дисциплинарных знаний или же  как социальный институт. В первом  случае наука предстает как  особый способ деятельности, направленный  на фактически выверенное и  логически упорядоченное познание  предметов и процессов окружающей  действительности. Как деятельность, наука помещена в поле целеполагания, принятия решений, выбора, преследования  своих интересов, признания ответственности.

 

 Во втором истолковании, когда  наука выступает как система  знаний, отвечающих критериям объективности, адекватности, истинности, научное  знание пытается обеспечить себе  зону автономии и быть нейтральным  по отношению к идеологическим  и политическим приоритетам. То, ради чего армии ученых тратят  свои жизни и кладут свои  головы, есть истина, она превыше  всего, она есть конституирующий  науку элемент и основная ценность  науки.

 

 Третье, институциональное, понимание  науки подчеркивает ее социальную  природу и объективирует ее  бытие в качестве формы общественного  сознания. Впрочем, с институциональным  оформлением связаны и другие  формы общественного сознания: религия, политика, право, идеология, искусство и т.д.

 

 Наука как социальный институт  или форма общественного сознания, связанная с производством научно-теоретического  знания, представляет собой определенную  систему взаимосвязей между научными  организациями, членами научного  сообщества, систему норм и ценностей. Однако то, что она является  институтом, в котором десятки  и даже сотни тысяч людей  нашли свою профессию, – результат  недавнего развития.

 

 В настоящее время наука  предстает прежде всего как социокультурный феномен. Это значит, что она зависит от многообразных сил, токов и влияний, действующих в обществе, определяет свои приоритеты в социальном контексте, тяготеет к компромиссам и сама в значительной степени детерминирует общественную жизнь. Тем самым фиксируется двоякого рода зависимость: как социокультурный феномен наука возникла, отвечая на определенную потребность человечества в производстве и получении истинного, адекватного знания о мире, и существует, оказывая весьма заметное воздействие на развитие всех сфер общественной жизни. Она рассматривается в качестве социокультурного феномена потому что, границы сегодняшнего понимания науки, расширяются до границ «культуры». И с другой стороны, наука претендует на роль единственно устойчивого и "подлинного" фундамента последней в целом в ее первичном – деятельностном и технологическом – понимании.

 

 Как социокультурный феномен, наука всегда опирается на  сложившиеся в обществе культурные  традиции, на принятые ценности  и нормы. Познавательная деятельность  вплетена в бытие культуры. Отсюда  становится понятной собственно  культурно-технологическая функция  науки, связанная с обработкой  и возделыванием человеческого  материала – субъекта познавательной  деятельности, включение его в  познавательный процесс.

 

 Наука, понимаемая как социокультурный  феномен, не может развиваться  вне освоения знаний, ставших  общественным достоянием и хранящихся  в социальной памяти. Культурная  сущность науки влечет за собой  ее этическую и ценностную  наполненность. Открываются новые  возможности этоса науки: проблема интеллектуальной и социальной ответственности, морального и нравственного выбора, личностные аспекты принятия решений, проблемы нравственного климата в научном сообществе и коллективе.

 

 

2. Классификация естественных наук. Основные проблемы, решаемые отдельными  естественными науками

 

 

 Следует отметить, что для  естествознания характерно взаимодействие  наук, взаимосвязь всех отраслей  естествознания, когда один предмет  изучается многими науками, а  метод одной науки применяется  к методам изучения других  наук, при этом прослеживается  противоречивость развития естествознания  заключающаяся в том, что часто  возникают две полностью противоположные  концепции, касающиеся природы явления, которые взаимоисключают одна другую. Всё, казалось бы, идёт к расколу, но появляется принципиально новая концепция, более полно охватывающая предмет, которая совмещает, казалось бы, несовместимые концепции. Как пример можно привести историю взглядов на природу света, когда целый ряд явлений описывался волновой теорией, ряд других – корпускулярной. Конфликт разрешился с приходом теории о корпускулярно-волновом дуализме.

 

 Классификация естественных  наук определяется аспектами  естествознания. Их можно выделить  два:

 

 предметный, соответствующий последовательной связи объектов природы;

 

 методологический, соответствующий различным стадиям познания – от внешней стороны предмета – к его внутренней стороне.

 

 Соответственно первому аспекту  все естественные науки должны  быть разделены на неорганические  и органические, так как природа  делится на живую и неживую. Взаимная связь естественных наук отражает общий ход развития природы от более простых, низших ступеней и форм до наивысших и наиболее сложных. Раздвоение природы на живую и неживую зарождается в пределах химии (поскольку химические соединения разделяются на неорганические и органические). Это раздвоение подготавливается на атомном уровне структурной организации материи, затем из молекул образуются различные агрегатные состояния вещества, составляющие различные сферы Земли, с другой стороны постепенное усложнение молекул приводит к образованию сложных углеродистых соединений, которые составляют основу живой природы. Поэтому в плане изучения различных сфер Земли все науки можно разделить на: физику, химию, геологию, биологию.

 

 Эти науки составляют стержень  классификации естественных наук. В основу вышеприведенного принципа  раздвоения наук положен принцип  развития предмета природы). Но  принцип развития можно применить  и к различным по масштабу  объектам. Однако понятия астрономия, физика, химия, биология, геология в  настоящее время обозначают целое  семейство наук со свое сложной  иерархией и структурой.

 

 Ситуация усложняется тем, что  сложная дифференциация и узкая  специализация наук переплетается  с противоположным процессом  – интеграцией, так как вновь  возникающие науки заполняют  собою резкие различия между  науками. Например, довольно сложно  сказать: биофизика – это биология  или физика. То же самое относится  к физической химии, химии атмосферы, геофизики и множества других  современных наук. Помимо этого  можно говорить о неких «сверхнауках», скажем, синергетика или экология которые изучают предметы, которые являются в то же время предметами изучения почти всех основных естественных наук.

 

 Если же классифицировать  науки по принципу абстрагирования  от различных форм движения  то получим ряд: биология –  химия – физика – математика  – логика.

 

 В основу классификации можно  положить предмет изучения или  принцип абстрагирования, масштаб  или другие принципы. В целом  структура естествознания довольно сложна. Помимо дифференциации основных наук  о природе: физики, химии, астрономии, биологии, геологии, географии существует множество наук, которые являются как бы дочерними, но в то же время многие из них образованы тесным переплетением нескольких основных наук.

 

 

3. Свойства пространства и времени. Главные выводы специальной и  общей теории относительности

 

 

 Понятия пространства и времени  составляют основу физики. Согласно  классической физике, созданной  Исааком Ньютоном, физические взаимодействия  разворачиваются в бесконечном  трёхмерном пространстве – так  называемом абсолютном пространстве, время в котором может быть  померено универсальными часами (абсолютное время).

 

 В начале двадцатого века  учёные обнаружили в ньютоновской физике некоторые противоречия. В частности, физики не могли объяснить, каким образом скорость света остаётся постоянной вне зависимости от того, движется ли наблюдатель. Альберт Эйнштейн разрешил этот парадокс в своей специальной теории относительности.

 

 Считается, что геометрия окружающего  нас пространства является трехмерной, евклидовой. Специальная теория  относительности А.Эйнштейна выявила зависимость пространственно временных характеристик объектов от скорости их движения и объединила понятие пространство-время как четырехмерное. Общая теория относительности вскрыла зависимость метрических характеристик пространства-времени от распределения тяготеющих масс, наличие которых приводит к искривлению пространства и времени. Релятивизм времени и неоднородность его в поле гравитации привели к парадоксам времени и невыполнению законов сохранения в выводах Общей теории относительности. Принятая геометризация пространства, привела к потере реального физического смысла при описании свойств материи.

 

 Общая теория относительности (ОТО) – физическая теория пространства-времени  и тяготения, основана на экспериментальном  принципе эквивалентности гравитационной  и инерционной масс и предположении  о линейности связи между массой  и вызываемыми ею гравитационными  эффектами.

 

 В рамках этой теории, являющейся  дальнейшим развитием специальной  теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты вызываются  не силовым взаимодействием тел  и полей, находящихся в пространстве-времени, а являются проявлениями деформаций  самого пространства-времени, вызываемых  локальным присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и  в других метрических теориях, гравитация – не силовое взаимодействие.

 

 Специальная теория относительности (СТО) – теория, заменившая механику  Ньютона при описании движения  тел со скоростями, близкими к  скорости света. При малых скоростях  различия между результатами  СТО и ньютоновской механикой становятся незначительными.

 

 СТО полностью выводится  на физическом уровне строгости  из двух постулатов (предположений):

 

 Справедлив принцип относительности  Эйнштейна – расширение принципа  относительности Галилея.

 

 Скорость света не зависит  от скорости движения источника  во всех инерциальных системах  отсчёта.

 

 Формулировка второго постулата  может быть шире: «Скорость света  постоянна во всех инерциальных  системах отсчёта». Приписывание  постулатов Эйнштейну правомерно  в той степени, что до его  работы эти уже сформулированные отдельно друг от друга (в частности, А. Пуанкаре) утверждения в совокупности явным образом никем не рассматривались.

 

 Экспериментальная проверка  постулатов СТО в известной  степени затруднена проблемами  философского плана: возможностью  записи уравнений любой теории  в инвариантной форме безотносительно  к её физическому содержанию, и сложности интерпретации понятий  «длина», «время» и «инерциальная  система отсчёта» в условиях  релятивистских эффектов.

 

 Тем не менее, опора на  достижения экспериментальной физики  позволяет утверждать, что в пределах  своей области применимости –  при пренебрежении эффектами  гравитационного взаимодействия  тел, СТО является справедливой  с очень высокой степенью точности (до 10−12 и выше).

 

 Следствием постулатов СТО  являются преобразования Лоренца, заменяющие собой преобразования  Галилея для нерелятивистского, «классического» движения. Эти преобразования  связывают между собой координаты  и времена одних и тех же  событий, наблюдаемых из различных  инерциальных систем отсчёта.

 

 Именно они описывают такие  знаменитые эффекты, как замедление  хода времени и сокращение  длины быстродвижущихся тел, существование  предельной скорости движения  тела (коей является скорость  света), относительность понятия  одновременности (два события происходят  одновременно по часам в одной  системе отсчета, но в разные  моменты времени по часам в  другой системе отсчета).

 

 При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются также и законы динамики. Так, можно вывести, что второй закон Ньютона, связывающий силу и ускорение, должен быть модифицирован при скоростях тел, близких к скорости света. Кроме того, можно показать, что и выражение для импульса и кинетической энергии тела уже имеет более сложную зависимость от скорости, чем в нерелятивистском случае.

 

 С математической точки зрения, непривычные свойства СТО есть  результат того, что время и  пространство не являются независимыми  понятиями, а образуют единый  четырёхмерный континуум — пространство-время  Минковского, которое является псевдоевклидовым пространством. Вращения базиса в этом четырёхмерном пространстве-времени, смешивающие временную и пространственные координаты 4-векторов, выглядят для нас как переход в движущуюся систему отсчета и похожи на вращения в обычном трёхмерном пространстве. При этом естественно изменяются проекции четырёхмерных интервалов между определёнными событиями на временную и пространственные оси системы отсчёта, что и порождает релятивистские эффекты изменения временных и пространственных интервалов.