Естественнонаучное знание и его особенности

      Современное естествознание характеризуется взаимопроникновением естественных наук друг в друга, но в нем есть и определенная упорядоченность, иерархичность.

      В середине 19-го века немецкий химик Кекуле составил иерархическую последовательность наук по степени возрастания их сложности (а точнее, по степени сложности  объектов и явлений, которые они изучают).

      Такая иерархия естественных наук позволяла  как бы «выводить» одну науку из другой. Так физику (правильнее было бы – часть физики, молекулярно-кинетическую теорию) называли механикой молекул, химию, физикой атомов, биологию –  химией белков или белковых тел. Эта схема достаточно условна. Но она позволяет пояснить одну из проблем науки – проблему редукционизма. 

      Редукционизм (лат. reductio уменьшение) определяется как господство аналитического подхода, направляющего мышление на поиск простейших, далее неразложимых элементов. Редукционизм в науке – это стремление описать более сложные явления языком науки, описывающей менее сложные явления или класс явлений  (например, сведение биологии  к механике и т.п.). Разновидностью редукционизма является физикализм – попытка объяснения всего многообразия мира на языке физики.

      Редукционизм  неизбежен при анализе сложных  объектов и явлений.  Однако здесь  надо хорошо осознать следующее. Нельзя рассматривать жизнедеятельность  организма, сводя все к физике или химии. Но важно знать, что законы физики и химии справедливы и должны выполняться и для биологических объектов. Нельзя рассматривать поведение человека в обществе только как биологического существа, на важно знать, что корни многих человеческих действий лежат в глубоком доисторическом прошлом и являются результатом работы генетических программ, унаследованных от животных предков.

      В настоящее время достигнуто понимание  необходимости целостного, холистического (англ. whole целый) взгляда на мир. Холизм, или интегратизм можно рассматривать как противоположность редукционизма, как присущее современной науке стремление создать действительно обобщенное, интегрированное знание о природе.

      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.

      Основой, фундаментом всех естественных наук, бесспорно, является физика, предметом  которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Сегодня невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика — учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика явилась исторически первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются:

• статика, изучающая условия равновесия тел;
• кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения;
• динамика, рассматривающая движение тел под действием 
  приложенных сил.

      Также в механику входят гидростатика, пневмо- и гидродинамика.

      Механика  — физика макромира. В Новое время  зародилась физика микромира. В ее основе лежит статистическая механика, или  молекулярно-кинетическая теория, изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц. Разделами физики являются термодинамика, изучающая тепловые процессы; физика колебаний (волн), тесно связанная с оптикой, электричеством, акустикой. Названными разделами физика не исчерпывается, в ней постоянно появляются новые физические дисциплины.

      Следующей ступенькой является химия, изучающая  химические элементы, их свойства, превращения  и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается очень  легко. Для этого достаточно вспомнить школьные уроки по химии, на которых говорилось о строении химических элементов и их электронных оболочках. Это пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

      В свою очередь, химия лежит в основе биологии — науки о живом, изучающей  клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний —  знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует  выделить ботанику (предмет — растительное царство), зоологию (предмет — мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма. Цитология исследует живую клетку, гистология — свойства тканей, палеонтология — ископаемые останки жизни, генетика — проблемы наследственности и изменчивости.

      Науки о Земле являются следующим элементом  структуры естествознания. В эту  группу входят геология, география, экология и др. Все 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, которые исследуют 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.

      Структура естествознания не ограничивается названными выше науками. Дело в том, что 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, процесс объединения  научного знания. Примерами такого рода наук являются: физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

      Таким образом, построенная пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

     Необходимо  также отметить, что система естествознания отнюдь не является незыблемой, в ней не только постоянно появляются новые науки, но и меняется их роль, периодически происходит смена лидера в естествознании. Так, с XVII в. до середины XX в. таким лидером, бесспорно, была физика. Но сейчас эта наука почти полностью освоила свою область действительности, и большая часть физиков занимается исследованиями, носящими прикладной характер (то же касается химии). Сегодня бум переживают биологические исследования (особенно в пограничных областях — биофизике, биохимии, молекулярной биологии). По некоторым данным, в середине 1980-х г. в биологических науках было занято до 50% ученых США, 34% — в нашей стране. США, Великобритания без возражений финансируют самые разные биологические исследования. Так что XXI в., очевидно, станет веком биологии.

Заключение

      Все, что окружает человека, есть материя  в самых разных формах ее проявления. Вся совокупность проявлений материи  образует единую систему — Вселенную. Потребовались тысячелетия, чтобы человек смог научно осмыслить своё бытие в глобальном масштабе. Это привело на современном этапе развития научного знания к представлению о глобальном единстве материального мира. В больших масштабах структуру Вселенной можно представить как некое собрание галактик, а ее микроструктуру — как совокупность атомов. В недрах строения вещества Вселенная представляет собой набор квантовых полей. Звезды очень похожи на Солнце. Земной атом совершенно неотличим от атома вблизи пределов наблюдаемой части Вселенной. Физические процессы, происходящие в отдаленных друг от друга областях космоса, идентичны. Взаимодействия и законы, их описывающие, оказываются универсальными. Ближний космос, включающий нашу Галактику, является типичным образцом Вселенной в целом. Это утверждение называется космологическим принципом. Различные элементы материального мира образуют единую систему, и процессы, протекающие в ней, описываются едиными фундаментальными законами. Если Вселенная — единое целое, то она и развивается, эволюционирует как целое. На определенном этапе в ней появляются структуры, способные познавать саму Вселенную. Таким инструментом самопознания (вполне вероятно, что не уникальным, а одним из возможных) является человек. И все, что доступно нашему наблюдению, в том числе и развитие общества, и мы сами — всего лишь составные части Вселенной, этапы ее эволюции. На каждом этапе развития основные закономерности поведения любых подсистем имеют связь, со всей системой — Вселенной, с ее общей эволюцией. Мир един, в нем все связано со всем, нет каких-то изолированных подсистем, в которых течет своя, автономная жизнь. Законы материального мира обладают единством на фундаментальном уровне. Поэтому, изучая какое-либо одно явление, получаю, часто не подозревая об этом, косвенные знания о целом ряде других. В процессе развития науки постоянно обнаруживаются все более новые взаимосвязи, казалось бы, независимых явлений. Всеохватность взаимосвязей в мире подмечали, помимо ученых, и люди искусства. Фундаментальное единство материального мира явилось основой общности научного знания, накапливаемого человечеством на ранних этапах становления науки. Постепенное познание многообразия мира служило истоком образования первоначально единой культуры. В течение многих веков, углубляясь в изучение окружающей природы и самого себя, человек выстроил разветвленную систему достоверных и обобщенных знаний об окружающем мире — науку.

2. Что понимается под естественнонаучной концепцией.

На  примере квантовой  физики

     Фундаментальные открытия в области физики конца XIX – начала ХХ вв. обнаружили, что физическая реальность едина и обладает как волновыми свойствами, так и корпускулярными. Исследуя тепловое излучение, М. Планк пришел к выводу, что в процессах излучения энергия отдается не в любых количествах и непрерывно, а лишь определенными порциями – квантами.

     Квант – мельчайшая постоянная порция излучения.

     Эйнштейн  распространил гипотезу Планка о  тепловом излучении на излучение  вообще и обосновал новое учение о свете – фотонную теорию. Структура света является корпускулярной. Световая энергия концентрируется в определенных местах, и поэтому свет имеет прерывистую структуру – поток световых квантов, т.е. фотонов. Фотон – особая частица (корпускула). Фотон – квант энергии видимого и невидимого света, рентгеновского и гамма-излучений, обладающий одновременно свойствами частицы и волны, не имеющий массы покоя, имеющий скорость света, при определенных условиях порождает пару позитрон+электрон. Эта теория Эйнштейна объясняла явление фотоэлектрического эффекта – выбивание из вещества электронов под действием электромагнитных волн. Наличие фотоэффекта определяется частотой волны, а не ее интенсивностью. За создание фотонной теории А. Эйнштейн получил в 1922 году Нобелевскую премию. Эта теория была экспериментально подтверждена через 10 лет американским физиком Р.Э. Милликеном.

     Парадокс: свет ведет себя и как волна, и  как поток частиц. Волновые свойства проявляются при дифракции и  интерференции, корпускулярные – при  фотоэффекте.

     Новая теория света привела Н. Бора к разработке теории атома. В ее основе 2 постулата:

     1. В каждом атоме имеется несколько  стационарных орбит электронов, движение по которым позволяет электрону существовать без излучения.

     2. Когда электрон переходит из  одного стационарного состояния в другое, атом излучает или поглощает порцию энергии.

     Такая модель атома хорошо объясняла атом водорода, однако многоэлектронные атомы она не объясняла, т.к. теоретические результаты расходились с данными экспериментов. Эти расхождения впоследствии были объяснены волновыми свойствами электронов. Это означало, что электрон, будучи частицей, не твердый шарик и не точка, он имеет внутреннюю структуру, которая изменяется в зависимости от его состояния. Модель атома, изображающая его структуру в виде орбит, по которым движутся точечные электроны, на самом деле создана для наглядности, ее нельзя понимать буквально. (Это – аналогия отношений, а не предметов.) В действительности не существует таких орбит, электроны распределены в атоме не равномерно, а таким образом, что усредненная плотность заряда в каких- то точках больше, а в каких-то меньше. Орбитой электрона формально называется кривая, которая связывает точки максимальной плотности. Невозможно наглядно представить процессы, происходящие в атоме, в виде механических моделей. Классическая физика не может объяснить даже простейшие опыты по определению структуры атома.