Система наук о природе. Характеристика основных наук, их отношения между собой

Контрольная работа  № 8

1. Система наук о природе. Характеристика основных наук, их отношения  между собой.

В современном  мире естествознание представляет систему  наук о природе, или так называемых естественных наук, взятых во взаимной связи и опирающихся, как правило, на математические способы описания объектов исследования.

Являясь фундаментом формирования научной  картины мира, естествознание представляет собой определенную систему взглядов на то или иное понимание естественных явлений или процессов. И если такая система взглядов принимает  единый, определяющий характер, то она, как правило, называется концепцией. С течением времени появляются новые  эмпирические факты и обобщения, и система взглядов на понимание процессов изменяется, появляются новые концепции.

Если  рассматривать предметную область  естествознания предельно широко, то она включает:

• различные формы движения материи в природе;
• их материальные носители, которые образуют «лестницу» уровней структурной организации материи;
• их взаимосвязь, внутреннюю структуру и генезис.

Но так  было не всегда. Проблемы устройства, происхождения  организации всего, что есть во Вселенной (Космосе), в 4-6 веках относились к  «физике». А Аристотель называл тех, кто занимался этими проблемами, просто «физиками» или «физиологами», т.к. древнегреческое слово «физика» равно слову «природа».

В современном  естествознании природа рассматривается  не абстрактно, вне деятельности человека, а конкретно, как находящаяся  под воздействием человека, т.к. ее познание достигается не только умозрительной, теоретической, но и практической производственной деятельностью людей.

Таким образом, естествознание как отражение  природы в человеческом сознании совершенствуется в процессе ее активного  преобразования в интересах общества.

Из  этого вытекают и  цели естествознания:

1. выявление сущности явлений природы, их законов, и на этой основе предвидение или создание новых явлений;
2. умение использовать на практике познанные законы, силы и вещества природы.

В целом  можно сказать, что цели естествознания совпадают с целями самой человеческой деятельности.

Отсюда  следует, что если общество заинтересовано в подготовке высококвалифицированных  специалистов, способных продуктивно  использовать свои знания, то цель изучения концепций современного естествознания – это не изучение физики, химии, биологии и т.п., а выявление тех  скрытых связей, которые создают  органическое единство физических, химических, биологических явлений.

К естественным наукам относятся:

1.Науки о космосе, его строении и эволюции (астрономия, космология, астрофизика, космохимия и т.д.);

2.Физические науки (физика) – науки о наиболее глубоких законах природных объектов и в то же время – о наиболее простых формах их изменений;

3.Химические науки (химия) – науки о веществах и их превращениях;

4.Биологические науки (биология) - науки о жизни;

5.Науки о Земле (геономия) – сюда относится: геология (наука о строении земной коры), география (наука о размерах и формах участков земной поверхности) и др.

Перечисленные науки не исчерпывают всего естествознания, т.к. человек и человеческое общество от природы неотделимы, являются его  частью. Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира — природа, общество и человек — изучается своими отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием, т. е. знанием о природе («естество» — природа — и «знание»).

Естествознание  — совокупность наук о природе, имеющих  предметом своих исследований различные  явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной  наукой о природе, как едином целом. Оно позволяет изучить любой  объект окружающего нас мира более  глубоко, чем это может сделать  какая-либо одна из естественных наук. Поэтому естествознание, наряду с  науками об обществе и мышлении, — важнейшая часть человеческого  знания. Оно включает в себя как  деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему  научных знаний о природных процессах  и явлениях.

Спецификой  предмета естествознания является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с  позиций нескольких наук, выявляя  наиболее общие закономерности и  тенденции, рассматривая природу как бы сверху. Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить те основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становится формулировка основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

Структура естествознания представляет собой  сложную разветвленную систему  знаний, все части которой находятся  в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька  которой является фундаментом для  следующей за ней науки, и в  свою очередь основывается на данных предшествующей науки.

Так, основа, фундамент всех естественных наук —  физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и  формы проявления на различных уровнях.

Следующая ступень иерархии — химия, изучающая  химические элементы, их свойства, превращения  и соединения.

В свою очередь химия лежит в основе биологии — науки о живом, изучающей  клетку и все от нее производное. В основе биологии — знания о  веществе, химических элементах.

Науки о Земле (геология, география, экология и др.) — следующая степень  структуры естествознания. Они рассматривают  строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание  физических, химических и биологических  явлений и процессов.

Завершает эту грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, изучающие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике. Это позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, что, очевидно, отражает одно из важнейших свойств самой природы.

В науке  идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки — это выделение внутри какой-либо науки более узких, частных  областей исследования, превращение  их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция  науки — это появление новых  наук на стыках старых, проявление процессов  объединения научного знания. Примером такого рода наук являются: физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология  и др.

2.Проблема происхождения и развития Земли. Основные концепции, характеризующие возникновение Земли.

Мы живем  во Вселенной, а наша планета Земля  является ее мельчайшим звеном. Поэтому, история возникновения Земли  тесно связана с историей возникновения  Вселенной. Кстати, а как она возникла? Какие силы повлияли на процесс становления  Вселенной и, соответственно, нашей  планеты? В наше время существует множество различных теорий и  гипотез относительно этой проблемы. Величайшие умы человечества дают свои взгляды по этому поводу. Значение термина Вселенная в естествознании более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению и проверяемое современными научными методами. Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, то есть наукой о космосе. Слово это не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции, где космос принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» - «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Модель  расширяющейся Вселенной. Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения:

1) свойства  Вселенной одинаковы во всех  ее точках (однородность) и направлениях (изотропность);

2) наилучшим  известным описанием гравитационного  поля являются уравнения Эйнштейна.  Из этого следует так называемая  кривизна пространства и связь  кривизны с плотностью массы  (энергии). Космология, основанная на  этих постулатах, - релятивистская.

Важным  пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: 1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерциональных системах все законы сохраняются вне зависимости  от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга; 2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Из принятия теории относительности вытекало в  качестве следствия (первым это заметил  петроградский физик и математик  Александр Александрович Фридман  в 1922 году), что искривленное пространство не может быть стационарным: оно  должно или расширяться, или сжиматься. На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так  называемого «красного смещения».

Красное смещение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», то есть линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Так вот, для всех далеких источников света  красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное  смещение оказалось пропорционально  расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, то есть о расширении Мегагалактики - видимой части Вселенной.

Красное смещение надежно подтверждает теоретический  вывод о нестационарности области  нашей Вселенной с линейными  размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении, по меньшей мере, нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может  быть измерена, оставаясь теоретической  гипотезой.

Модель  Большого Взрыва. Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной науки, возникла в результате большого взрыва около 15-20 млрд. лет назад. Представление о большом взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.

Все вещество Вселенной в начальном состоянии  находилось в сингулярной точке: бесконечная плотность массы, бесконечная  кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при  которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Затем  последовал взрыв. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам  на Земле и который начинается из определенного центра и затем  распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который  произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась  прочь от любой другой частицы», - писал в своей работе С. Вейнберг.

Что же было после большого взрыва? Образовался сгусток плазмы - состояния, в котором находятся элементарные частицы - нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек после начала большого взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер. Так появились не только материя и многие химические элементы, но и пространство и время.

Космическая пыль. Возраст нашей планеты Земля составляет около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Газы тоже присутствовали, и они конденсировались, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды (соединения углерода с водородом) и соединения азота.

Из гипотез  происхождения солнечной системы  наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.