Наука в системе культуры и общества

Тема 1. Наука в системе культуры и общества.

1.  Проблемы двух культур.

2.  Определение понятия науки и научного знания

3.  Социальный институт науки. Функции науки в обществе.

1. Проблемы двух культур - это проблема взаимодействия научно-технической и гуманитарной культур.

Научные и гуманитарные культуры – это единый духовный мир человека, но в этих сферах имеются свои особенности. Научную культуру составляют: теоретические методы и идеи рационального характера. Это вся система знаний получена в результате логико-рационального познания мира. Научная культура задаёт человеку рациональные методы отношения у миру и рациональные методы межличностного взаимодействия. Научная культура ориентирована на прогнозирование будущего, так как открывает нам закономерности природного и социального мира. Научная культура обладает относительным единством и интернационально по своей природе. Научная культура создаётся внутри узкого круга ученых, это относительно закрытая система социализации. Научные идеи доступны для понимания узкого круга людей. В связи с данными особенностями научной культуры возникло противоречие между рациональной наукой и гуманитарной культурой. Это противоречие было осознано в середине 20 века, когда человечество увидело, что достижение науки используются для разрушения общества и духовного мира человека. Этому разрушению противостоит гуманитарная культура.

Гуманитарная культура – это комплекс художественных образов и религиозных верований и нравственных ценностей. Это открытая система, которая предназначена для широких масс людей и создаётся при широком участии народного творчества. Эта культура разнообразна внутри себя и имеет национальные особенности. Эта культура формируется на традициях прошлого и постоянно их воспроизводит.

Противоречие двух сфер культуры устраняется, когда ученые усваивают гуманитарные ценности и художественные образы, а гуманитарии воспринимают научную картину мира.

Дисциплина КСЕ предназначена для развития научного мировоззрения для познания научных методов и теорий, которые необходимы в профессиональной деятельности.

2. Наука это исторически определённая сфера общественной деятельности по производству и систематизации объективных знаний о мире. Наука включает в себя специфическую деятельность на базе рациональных методов познания мира. Такие методы появились не сразу и стали главными среди всех других методов, примерно в 17 веке, когда наука стала социальным институтом.

Наука- это есть система рациональных знаний о мире, которая вырабатывается в процессе особых познавательных операций и выражается в абстрактно-логической форме теории концепций и законов. Научные знания следует отличать от ненаучных знаний по следующим признакам (критерии научности):

1.  Наука дает нам объективные знания. Их содержание не зависит от наших оценок, предпочтений и представляет собой сущность самого объекта. Об объективности научного знания говорит их соответствие законам объективного мира и подтверждаемое всей исторической практикой.

2.  Систематизированность проявляется в том, что научные знания всегда система истин и заблуждений. Они могут меняться местами, но в каждую эпоху эта относительное полное представление о мире и оно меняется вместе с прогрессом науки.

3.  Обоснованность. Обоснование истины науки достигается :

- путем логического доказательства, характерного для гуманитарных и математических наук;

- путем эмпирической проверки, характерной для естественных наук;

- обращение к первоисточнику, характерно во всех сферах науки. Первоисточником называется - научный факт, аксиома, авторский текст и т. д.

Таким образом, научное знание, отвечающее всем этим критериям может получить статус истины и может быть принято научным сообществом. Однако познание мира многомерно опирается не только на науку, но и другие виды познавательной деятельности. В итоге образуется ненаучное знание:

·  Обыденное знание. Образуется в сфере повседневного опыта, наследуется от предков и не имеют статуса общезначимой истины;

·  Художественно мифологическое знание, образуется путем чувственного восприятия мира без участия логики и разума, не подтверждается повседневным опытом, не включено в систему причинно-следственных связей, но обладает устойчивостью и субъективностью;

·  Паранаука -это комплекс теорий и учений, которое по форме ( терминологии, методов получений) близка к науке, но не является достоверным и не признан научным сообществом. Она занимается исследованием той части физического мира, которая пока еще не доступна точному научному познанию и представляет собой область неопределенностей. Относят к ней - уфологию, парапсихологию, астрологию и т. д.

Таким образом, в научном познании мира возникает противостояние между объективным и обоснованным научным знанием и различными видами вненаучного знания.

3 . Социальный институт науки - это общественное явление, которое объясняет людей по признаку одинакового метода решения познавательных и общественных задач. Возник социальный институт науки примерно в 17 веке в Европе. Признаки институционализации науки :

1.  Наука стала профессиональным занятием определенной группы людей.

2.  Сложились организационные формы научной деятельности: лаборатории, опытные станции, научно-исследовательские институты, академии и т. д.

3.  Образуется сеть обмена научной информации в виде периодических изданий.

4.  Наука получает финансирование у других источников.

В современном мире наука получила признание со стороны общества благодаря выработке научного стиля мышления и поведения. Мышление - это умение формулировать и транслировать концепции и идеи. В поведении научности, рациональность - это умение действовать целесообразно с учетом имеющихся возможностей и не принимать решения на базе точных знаний.

Наука выполняет функции:

·  Познавательная функция

·  Социально-практическая функция

·  Мировоззренческая

Тема 2. Структура естествознания и методы изучения природы.

1.  Проблема классификации наук.

2.  Предмет и мировоззренческое значение естествознания.

3.  Метод. Методика. Методология.

4.  Методы эмпирического уровня познания.

5.  Теоретические методы в науке.

1.  Проблема классификации наук появляется уже в античности когда единая натурфилософия как учение о природе, человеке и мышлении разделяется на физику, этику и логику. В рамках натурфилософии природу изучают только методом наблюдения и решают главную проблему исходных начал природного мира.

Изучение природы в античности является не научным, а философским. Однако здесь возникают отдельные дисциплины по изучению отдельных объектов природы, т. е. происходит процесс дифференциации научного знания – образование новых дисциплин.

Д систематизации и установления внутренней связи всего объема научного знания философы занимаются классификацией наук. Их разработали Аристотель, Френсис Бэкон, Рене Декарт и др. Так Томас Гоббс в 17 в. разделил науки на дедуктивные и индуктивные с физикой. Конт в 19 в. разделил науки на позитивные – продукт естественных наук, когда истины о мире формируются в результате эксперимента и математических методов обработки информации и метафизику – учения о сверхприродных сущностях, которые разрабатывают философия, этика, эстетика, религия. Таким образом, классификация наук позволяет выделить предмет и методы исследования в разных областях науки.

В современном университетском образовании принято разделять науки по предметному основанию в соответствии с тремя основными областями действительности – природой, обществом, человеком. Естествознание изучает природу на всех уровнях ее организации от элементарных частиц до биосферы. Отсюда предметом естествознания является весь объективный мир природы. Социальные науки изучают деятельность человека на базе общения. Гуманитарные науки изучают историю и духовный мир человека. Математические науки образуют отдельный ряд дисциплин, т. к. изучают объекты идеального характера, но язык математики применяется во всех отраслях науки. Прикладное знание составляет прикладной уровень 3-х главных отраслей науки.

Для современной науки существует тенденция к интеграции научного знания – это процесс применения методов различных дисциплин для решения сложных междисциплинарных проблем. Будущее науки связано с возможным появлением естественной классификации наук не по дисциплинам, а по проблемам. Современные науки могут разделяться по связи с практикой. Это фундаментальные и прикладные науки. Фундаментальные изучают наиболее общие проблемы и законы в природе, обществе и духовном мире. Прикладные науки решают задачи практического характера, дают экономический эффект и как правило самоокупаемы. Таким образом, классификация наук необходима для решения вопросов планирования и финансирования научных исследований, для определения внутренней связи в научных исследованиях, для установления порядка в организации научных исследований.

2.  Естествознание изучает структуру и движение материи, качественные превращения вещества, возникновение и разнообразие форм жизни, строение Земли и космоса. В соответствии с различными областями природы выделяют следующие направления современного естествознания:

- науки о космосе;

- науки о Земле;

- науки о физических процессах и явлениях;

- науки о химических процессах и явлениях;

- науки о биологических процессах и явлениях.

Естествознание отделилось от философских размышлений о природе в 17 в., когда изучение природы стали производить экспериментальным путем, а для обработки результатов эксперимента стали применять математические методы.

На основе фундаментальных теорий естественных наук в 17 в. появляется первая научная картина мира – представление о материальном мире как о системе объектов, развивающихся по естественным законам. Принципом построения НКМ является та главная научная теория, которая задает направление для постановки научных проблем и выбора методов их решения, т. е. парадигма. Выделяют 4 типа НКМ:

1)  17 в. Механистическая картина мира на базе теории всемирного тяготения. Мир представлен как механизм, движение которого подчиняется принципу детерминизма. Каждое событие имеет единственную строго-определенную причину и вызывает единственное следствие.

2)  19 в. Эволюционная картина мира на базе теории эволюции Дарвина. Мир представлен как цепь генетически связанных событий и движение мира осуществляется от простого к сложному.

3)  20 в. Релятивистская картина мира на базе общей и специальной теорий относительности Эйнштейна. Мир представлен как относительность событий и как единый пространственно-временной континуум.

4)  20 в. Квантово-полевая картина мира на базе квантовой теории поля Планка, Дирака и др. Мир представлен как комплекс точечных событий. НКМ основана на идеях дискретности физического поля, случайности в трактовке явлений мира.

Таким образом, представления о мире изменяются вместе с развитием естественных наук и усилия этих наук по открытию законов мира оцениваются как работа по развитию нашего научного мировоззрения.

3.  Осмысление познавательной деятельности человека совершается в рамках философии, уже в античности возникает проблема научного метода, а современная философия обсуждает эвристические возможности методологии различных отраслей в современной науке.

Метод в широком смысле – система регулятивных принципов и правил теоретической и практической деятельности.

Научный метод – способ исследования объекта и построения научной теории. Значение метода состоит в том, что его сознательное применение сокращает путь движения от субъекта к объекту и повышается эффективность научной работы. Философия разделяет методы на следующие группы:

1)  по характеру решаемых задач:

- алгоритмические – приводят к заранее известному результату. Применяются при решении поставленных задач;

- эвристические – применяются при решении творческих задач.

2) по точности:

- детерминистические – приводят к точности результата;

- стохастические – дают вероятностный результат. Применяются при решении задач физического микромира.

3) по области применения:

- общенаучные - применяются во всех областях науки, приводят к теоретическому знанию;

- конкретнонаучные – применяются в специальных дисциплинах и приводят к эмпирическому знанию

4) по уровням научного познания:

- эмпирические – опытное исследование внешних сторон объекта, применяется в естествознании;

- теоретические – рациональное, логическое осмысление опытных фактов и постижение сущности объектов.

В конкретных естественных дисциплинах правильное применение метода часто определяется методикой постановки проблемы. Методика – комплекс приемов проведения конкретно-научного исследования. Методология – 1) философское учение о методе, когда философская школа может выступать методологией изучения действительности; 2) совокупность методов отдельной отрасли науки. Различают методологию естествознания и методологию социально-гуманитарных наук. Методологию естествознания отличают объективность; этическая нейтральность; политическая независимость; математизированность. Методологию социально-гуманитарных наук отличают субъективность; ценностный подход; ограниченное применение математики; политическая и идеологическая заинтересованность.

4. Научное познание условно разделяют на эмпирический и теоретический уровни с целью выявить методологическую специфику познания объективных фактов и разработки теоретического знания. Факты получают с помощью методов:

- наблюдения;

- эксперимента;

- измерения.

5. Теоретические методы:

- индукция;

- аналогия;

- аксиоматико-дедуктивный;

- гипотетико-дедуктивный;

- метод формализации, моделирования;

- анализ и синтез;

- статистический.

Тема 3. Основные концепции физики.

1.  Особенности науки физики

2.  Корпускулярно-волновой дуализм материи

3.  Классификация элементарных частиц

4.  Типы фундаментальных физических взаимодействий

5.  Концепции пространства и времени в физике

1.  Физика – фундамент всего естествознания. Изучает простые самые общие закономерности природы, физические процессы, обязательно входят в состав химических и биологических явлений. Поэтому без физических знаний невозможно определить сущность материи на химические, биологические уровни. Физика – это комплекс дисциплин, изучающих структуру и движение материи, взаимодействие тел и частиц. Это наука эмпирична в своем историческом развитии, так как теория физики строится на основ эксперимента.

Важнейшую роль в развитии физики сыграла появление точных измерительных приборов, а также внедрение математических методов обработки эмпиричных данных.

Теории физики имеют границы применимости. Новые теории не отрицают результатов предыдущих, но применяется для интерпретации той области действительности в которой выполнен базовый эксперимент этих теорий, либо выполнены математические уравнения. Теоретическая физика создаёт свои теории не только экспериментальными методами, но и в изучении идеальных моделей.

Такими объектами является абсолютно твердое тело и материальная точка в механике, идеальный газ в термодинамике, простой колебательный контур в электродинамике.

На изучение идеальных моделей физика выводит зоны реального физического мира.

Современная физика отличается применением сложного математического аппарата и отсутствием наглядности для своих теорий. Однако фундаментальные теории физики включают в состав философского анализа и дают нам научную картину мира.

Фундаментальная философские категории (материя, пространство, время) изменяют свое содержание в зависимости от достижений физики по изучению природы

2.  Физика изучает материю в конкретных видов её проявления (вещество, поле и физический вакуум)

Вещество состоит из частиц, имеющих массу покоя, для физики вв. – корпускулы. Элементарная частица – общее название для структурных элементов материи. Часть из них является лишь виртуальными частицами. Вещество в природе существует в 4 агрегатных состояниях.

В 19в. изучение элементов и магнитных свойств вещества привело к открытию физического поля, как особого вида материи. Это понятие ввел в науку М. Фарадей.

Поле определяют как систему с бесконечным числом степеней свободы.

Изучают электромагнитное поле, гравитационное поле, поле ядерных сил и волновые поля, которые образуют частицы в возбуждённом состоянии.

Однако в 19в. поле рассматривается как неопределённая среда в которой неопределённо происходят количественные изменения с сохранением качества.

В начале 20в. изучают тепловое излучение, открывают явление фотоэффекта-испускания и поглощение атомов, электронов при воздействии любого излучения. И в итоге материальная среда рассматривается как дискретная среда в которой изменения происходят в виде потока отдельных порций энергии – квантов.

Третий вид – физический вакуум был открыт при изучении квантовых свойств в материи в 1927 г. Полем Дираком.

Дирак определяет вакуум как наинизшее состояние квантового поля.

Физический вакуум – бесконечное пространство вселенной, где рождаются и уничтожаются огромное количество частиц и античастиц. При этом вещество превращается в энергию и значит материя не уничтожается, а переходит в другой вид энергии - физический вакуум - равный нулю, но это всё же не пустота, а материя. Отсюда природа представляет собой упорядоченную систему в которой сложность объекта при переходе с первого уровня её организации на другую.

Структура уровней материи:

·  Микроуровень: объекты – частицы, атомы. Теория это квантовая механика.

·  Макроуровень: все необхдимые тела построены из атомов. Границы макроуровня – конечная система, теория – классическая механика.

·  Мегауровень: объектами являются звезды, галактики, метагалактика, как наблюдаемая часть вселенной.

Движении происходит со скоростью света. Теория для описания: релятивистская физика.

На каждом уровне материи существуют свои закономерности, но основан принципы изучения: материя везде также состоит из одних и тех же частиц, но только может проявлять различные свойства.

Изучение частиц в конце 19-первая половина 20-го века показала, что электрон проявляет свойства вещества в одних экспериментах и ведёт себя как волна в других экспериментах.

Проблема: образуется при этом два типа реальностей – вещество и поле или это одна и та же материя.

Французский физик Луи де Бройль разрешил эту проблему в 1924г. в концепции корпускулярно-волнового дуализма материи. Он предложил идею о двойственном характере материи, которая в одних экспериментах проявляется как вещество, а в других как поле, но эта единый тип реальности.

3.  Различают истинно-элементарные частицы – это не структурированные неделимые кирпичики строения материи. к ним относят электроны, фотоны, бизоны и кварки.

Фундаментальное разделение частиц проводят по спину. Частицы с нецелым спином – это ферменты, с целым спином, излучение – бозоны.

Частицы разделяют по массе – лептоны и барионы, по времени жизни: нуклоны и резонансы, по заряду: положительно и отрицательно, по взаимодействиям: лептоны и адроны.

Для нахождения частиц имеются античастицы: электрон и позитрон.

Они одинаковы по всему, не отличаются по заряду.

Античастица и частица анализируют (уничтожение друг друга с выделением энергии в виде потока фотонов).

В составе ядра атома находиться около 400 элементарных частиц.

Теория изучения процесса внутри ядра атома – квантовая хромодинамика (изучает взаимодействие кварков в составе нуклонов).

В природе существует множество сил, управляющих всеми изменениями материи. действие этих сил происходит как взаимодействие физических тел и частиц.

4. Понятием взаимодействие обозначают такое воздействие тел и частиц друг на друга, которая приводит к изменению состояния их движения.

Всего четыре вида фундаментальных взаимодействий:

1.  Гравитационная – самая слабая по интенсивности проявления, обеспечивает целостность Вселенной и значит наиболее существенна на мегауровне, радиус действия бесконечность. Не бывает переносчик силы, гипотеза о гравитоне, всемирная теория тяготения и теория относительности.

2.  Сила распада нейтрона, которая вызывает излучения антинейтрино. n0->p++e-+V(ню). Проявляется только внутри ядра атома на расстоянии 10-18м., частицы-переносчики – бизоны, участники – лептоны.

3.  Электромагнитная сила - это сила притяжения и отталкивание заряженных частиц, переносчики – фотоны, радиус проявления бесконечность, эта сила отвечает за целостность атома (теория Максвелла).

4.  Сильное взаимодействие – проявляется как склеивание кварков в составе нуклонов. Обеспечивает целостность ядра, радиус 10-15м.

Все изменения в природе обеспечиваются взаимодействием тел и частиц. Существует проблема создания единой физической теории. Эта задача описать мир единым способом, указать модель мира. К этой теории уже создана теория элетрослабого взаимодействие ( там даны условия в которых материя не распадается).

Сейчас разрабатывается теория всемирного соединения.

5. Пространство и время – общенаучные категории. В нашем мировоззрении пространство и время могут пониматься как атрибуты Бога (религиозная точка зрения). С точки зрения философского материализма и науки пространство и время – атрибуты материи. В философии Канта пространство и время – субъективные формы восприятия мира.

В физике пространство – порядок сосуществования объекта, а время – порядок смены явлений. Это основные понятия всех разделов физики и в историческом и в логическом плане.

Ньютон трактовал пространство и время как абсолютные формы бытия, которые не зависят от материи и ее движения. У Ньютона пространство и время – субстанции, которые претворяют существование материи и никакие физические события не влияют на пространство и время.

В классической физике господствовала концепция дальнодействия. Это означает, что в пустом нематериальном пространстве взаимодействия передаются мгновенно без участия материи. В 19 веке электромагнитная теория Поля опиралась на концепцию близкодействия, т. е. передача взаимодействий от одних тел к другим происходит в физическом поле посредством материи и значит пространство не пустое, а материальное.

Эйнштейн сформулировал постулаты о конечности скорости света и независимости этой скорости от движения источника и наблюдателя.

Все физические законы, в. т.ч. электромагнитные законы неизменны в любых инерциальных системах.

Математические расчеты Эйнштейна показали, что при движении объектов со скоростью света возникает релятивистский эффект изменения пространства и времени, а именно время замедляется и останавливается, пространство сжимается. Таким образом, теряет смысл понятие об одновременности событий, а пространство и время трактуются относительно движения материи. Итак, классическая физика учитывала принцип относительности только для механических движений, а физика Эйнштейна вводит этот принцип для всех физических явлений, и тогда пространство и время получают значение только как свойства материи.

Общая теория относительности Эйнштейна рассматривает движение материи в гравитационном поле. Тела с большой массой создают сильное гравитационное поле, которое представляет собой искривленное пространство и в котором течение времени замедляется.

Таким образом, и общая теория относительности Эйнштейна трактует пространство и время в зависимости от гравитационных сил материи. Пространство и время не существуют вне и независимо от движущейся материи. Этот вывод вошел в современное мировоззрение, в современные космологические модели.

Эта теория является фундаментом изучения метрических свойств пространства и времени (протяженности пространства и длительности времени). Протяженность измеряется длиной, единица измерения – метр. Длительность времени измеряется в секундах.

Выделяют также топологические свойства пространства и времени. Это изучение находится в стадии гипотез о непрерывности пространства и однонаправленности времени.

Таким образом, физические концепции пространства и времени развивались в направлении от абсолютизации пространства и времени к идеям о материи, существующей только в виде пространства и времени.

Тема 4. Физическая картина мира.

1.  Принцип дополнительности и принцип соотношения неопределенности в квантовой механике.

2.  Динамические и статистические закономерности природы.

3.  Мировоззренческое значение физики.

1. Квантовая физика рождается в 1900 г., когда Планк изучает излучение абсолютно твердого тела.

Установлено, что излучение распределяется минимальными порциями энергии – квантами и формулы квантовой физики начинают применять для описания микрообъектов.

Поскольку частицы проявили неожиданные свойства, то для их интерпретации в квантовой механике были сформулированы особые познавательные принципы. В 1927 г. Гейзенберг сформулировал принцип соотношения неопределенностей: «Знание точной координаты частицы в любой момент времени не дает определенного значения ее импульса, и наоборот, если мы знаем импульс, не всегда можем определить координаты».

Таким образом, понятие траектории для микрообъектов теряет смысл.

Импульс представляет собой количество движения.

Познание микромира показывает нам, что поведение частиц и атомов не вписывается в наш обыденный опыт. Для описания этого поведения нужно создать новые абстракции. Для описания микрообъектов предложили принцип дополнительности: «Волновые и корпускулярные модели описания микрообъектов не противоречат друг другу т. к. не возникают одновременно».

Частицы проявляют свойства вещества и свойства поля в разных экспериментах, и значит, дуализм материи на микроуровне надо понимать как потенциальный, а не актуальный. Таким образом, корпускулярная и волновая природа микрообъекта исключают друг друга в одном месте и в один момент, но содержат возможность дополнять друг друга.

Информацию о свойствах микрообъекта мы можем получать только с помощью приборов, принадлежащих макроуровню материи.

В этом случае мы переводим информацию о микрообъектах на язык классической механики. Таким образом, значение принципа дополнительности состоит в том, что он позволяет объединять языки квантовой и классической механики для создания единой картины мира.

2. Классическая механика открыла динамику механических систем, которые состоят из небольшого числа элементов. Состояние этих систем в каждый момент времени можно предсказать с однозначной точностью, если известны начальные параметры состояния этой системы.

Таким образом, в макромире действуют точные закономерности, которые позволяют нам определить любые физические изменения в макромире. Эти закономерности описывают связь между причинами и следствиями в точных однозначных событиях.

Знание о причинах и следствиях каждого события на макроуровне является для нас точным и определенным.

Квантовая механика описывает изменения систем на микроуровне. Эти системы состоят из огромного числа элементов, проследить движение единичного микрообъекта невозможно с точностью и можно говорить только о движении или изменении системы в целом. Поэтому указать причинно-следственную связь для событий микромира невозможно с точностью. Можно только статистически установить причину события. Наши знания о явлениях микромира имеют вероятностный характер.

Таким образом, динамические закономерности устанавливаются с необходимостью и точностью, а статистические – со случайностью и вероятностью.

3. Физика изучает мир на идеальных объектах. Систему идеальных объектов Эйнштейн назвал физической реальностью. Это понятие указывает на отрыв теории от физического мира, но в то же время связь между физической реальностью и миром можно увидеть через эксперимент.

Тема 5. Космологические модели Вселенной.

1.  Смена парадигм в астрономии.

2.  Стационарная и нестационарная модели вселенной.

3.  Стандартная космологическая модель строения и эволюции Вселенной.

4.  Познавательные принципы и проблемы космологии.

1. Космология является составной частью астрономических наук, изучает Вселенную как единое целое. Астрономия – система наук о строении и развитии космических тел и образуемых ими систем. Современная астрономия включает в себя сферическую астрономию, практическую астрофизику, небесную механику, звездную астрономию, внегалактическую астрономию, космогонию, космологию.

Астрономия имеет древнюю историю, и возникла из практических потребностей человека. Астрономия развивалась от мифологического и сакрального знания о небесных телах до рациональных моделей космоса.

Первая рациональная система мироздания создана во втором веке Клавдием Птолемеем. Она получила название «геоцентризм». Свою модель мира Птолемей разработал на основе тригонометрических расчетов. Он правильно указал положение более тысячи звезд и его модель успешно выполняла предсказательную и навигационную роль до середины XVI в.

В 1543 г. вышла книга Коперника о вращении небесных тел. В этой книге Коперник указал, что Земля не центр мира а рядовая планета Вселенной, законы небесные и земные одинаковы а в мире происходит постоянное движение. Таким образом новой парадигмой стала гелеоцентрическая модель Коперника.

В начале 17 в. Галилей изобретает телескоп. Это изобретение положило начало телескопическим исследованиям в астрономии.

В конце 17 в. появляется теории всемирного тяготения Ньютона. Он обосновывает идею бесконечной Вселенной.

В 18 – 19 вв. происходит накопление данных о солнечной системе, о нашей галактике и о звездах нашей галактики т. е. закладывается эмпирическая база для космологии.

В 20 в. рождается внегалактическая астрономия. Были открыты миллиарды галактик за пределами нашей галактики. Границы Вселенной расширились. В 20 в. теоретической парадигмой астрономии и космологии становится ОТО (общая теория относительности). Космологию стали называть релятивистской. В рамках релятивистской космологии разрабатывается теория эволюции Вселенной в целом. Были открыты радиогалактики, квазары, пульсары.

Таким образом, в истории астрономии выделяют 4 парадигмы.

2. История астрономии показывает, что основными проблемами космологии были конечность (бесконечность) Вселенной; открытость (закрытость) ее; это единый целостный мир или существует множество миров; вечность и неизменность Вселенной во времени. От решения этих проблем зависит наше понимание материи и природы в целом.

Релятивистская космология Эйнштейна моделирует наш мир как замкнутый пространственно-временной континуум, т. е. Вселенная имеет сферическую форму с конечной массой вещества.

По Эйнштейну мир конечен (по массе), но безграничен и неизменяем во времени (т. е. материя вечна). Такая модель Вселенной называется стационарной (постоянство Вселенной в пространстве и времени). Эта модель основана на космологическом постулате, который содержит 2 утверждения:

1)  материя Вселенной однородна, т. е. в крупных масштабах вещество (материя) распределено равномерно;

2)  Вселенная изотропна, т. е. все изменения происходят одинаково во всех направлениях.

В 1992 г. Александр Фридман разработал модель расширяющейся Вселенной. Он предположил, что радиус кривизны пространства изменяется с течением времени. При этом Вселенная может иметь 2 варианта будущего:

1 вариант: радиус кривизны увеличивается бесконечно, и Вселенная расширяется бесконечно, но при этом она имеет начало во времени.

2 вариант: Вселенная пульсирует, т. к. радиус кривизны вначале увеличивается, а затем уменьшается, и значит расширение сменяется сжатием.

Построения Фридмана получили название нестационарной модели Вселенной. Теоретические расчеты Фридмана получили эмпирическое подтверждение в 1929 г. Было открыто красное смещение спектров далеких галактик. Это означало, что интенсивность излучения смещалась в красную сторону при удалении от нас галактик.

В 1965 г. американские астрофизики Пензеас и Уильям открыли реликтовое излучение, т. е. в поле зрения ученых попали частицы, возникшие еще в момент большого взрыва, и в настоящее время они отличаются по температуре от фонового излучения космоса.

Первую часть космологического постулата об однородности никто не оспаривает. А второе положение постулата заменяется на утверждение об анизотропии Вселенной.

В разработке нестационарной модели участвовал Джордж Гамов (у него теория горячей Вселенной) и другие ученые ( с теорией об инфляционной вселенной). Современные науки космология, астрономия проблемы будущего Вселенной решают на основе данных о плотности вещества во Вселенной.

Таким образом, нестационарная космологическая модель имеет некоторые эмпирические подтверждения и является перспективной для объяснения будущего Вселенной.

3. Обобщенный вариант всех моделей расширения Вселенной представлен в стандартной космологической модели строения и эволюции Вселенной.

Это представление о том, что Вселенная возникла в результате большого взрыва. Ему предшествовала материя в состоянии сингулярности. Сингулярность – материя, свернутая в точку с бесконечновысокой плотностью, температурой и давлением.

В начальный промежуток времени мир был абсолютно симметричен, не было разделения частиц на бозоны и фермионы и разделения на 4 взаимодействия, т. е. это было состояние материи в термодинамическом равновесии.

Большой взрыв – спонтанное нарушение равновесия и начало эволюции мира.

В течении 3 минут образовались все известные нам виды частиц, ядра атома в легких элементах и Вселенная расширилась до тысяч световых лет.

I этап эволюции – первые 5 млрд. лет – возникли звезды первого поколения.

II этап - следующие 5 млрд. лет – возникли звезды второго поколения, в. т.ч. наше Солнце.

При взрыве сверхновых звезд образуются элементы тяжелее железа и это служит материалом.

Таким образом, материя Вселенной сложилась в процессе самоорганизации и прибывает в состоянии эволюционного развития.

5.  Принципы:

1)  системность.

Мир представляет собой структурированную упорядоченную систему элементов различного уровня сложности.

2)  самоорганизация – способность материи к самоусложнению, образованию структур более высокого порядка.

3)  Антропность – требует рассматривать наш мир как специально предназначенный для появления в нем наблюдателя.

Тема 6. Основные концепции наук о Земле и химических наук.

(на самостоятельное изучение)

Тема 7. Основные концепции биологии.

1.  Система биологических наук.

2.  Социально-практическое значение биологии.

3.  Характерные свойства живых систем.

4.  Структурные уровни организации живой материи.

1. Биология изучает происхождение и разнообразие форм жизни на Земле, строение живых организмов и их взаимодействие между собой и с окружающей средой.

На Земле существует около 1,5 млн. видов животных, около 500 тыс. видов растений. Таксономическая классификация выделяет 4 царства живых организмов: бактерии, грибы, растения, животные.

Система биологических наук может строиться:

А) по предмету изучения:

1) микробиология;

2) никология;

3)ботаника;

4) зоология.

Б) по уровням организации живой материи:

1) цитология;

2) гистология;

3) молекулярная биология;

В) по изучению общих свойств живых организмов:

1) физиология;

2) генетика.

Биология образует междисциплинарные связи с другими естественными, социальными, гуманитарными дисциплинами.

Биомеханика применяет законы механического движения в целях корректировки двигательного аппарата человека.

Бионика применяет знания о конструктивных особенностях живых организмов при создании инженерно-технических сооружений.

Экология изучает взаимодействие организмов с окружающей средой и включает в себя социальные и экономические аспекты этого взаимодействия.

2. Биологические науки наиболее приближены к жизнедеятельности человека.

Биологические знания позволяют нам разнообразить пищевые ресурсы человека за счет открытия полезных свойств у дикорастущих растений и выведения новых сортов культурных растений.

Изучение лекарственных растений и лекарственных свойств органов животных расширяет возможность медицинской помощи.

Но наиболее существенно роль биологии проявляется в биотехнологиях. Биотехнологии – использование живых организмов и биологических процессов в масштабах промышленного производства. С помощью биотехнологий создают искусственные белки, некоторые гормоны и антибиотики.

Одно из ответвлений биотехнологии – генная инженерия – направленное конструирование организмов с заданными свойствами. В результате появляются трансгенные организмы или ГМО.

Модификация организмов осуществляется методом введения в геном данного организма векторной молекулы ДНК, извлеченной из другого организма и несущей в себе ген, отвечающий за нужное свойство.

Генетики и общественность обсуждают проблему отдаленных последствий для самого человека от использования генетики – модифицированных продуктов. Проблема состоит в том, не проявится ли изменение традиционного способа питания в геноме человека. Существуют 2 точки зрения по этому вопросу:

1)  Человек – существо всеядное, и модифицированные продукты не вызовут никаких мутаций.

2)  Уже сейчас наблюдается снижение иммунитета у детей, появление вирусов, от которых человек не защищен. Возможно это связано с необратимыми изменениями в геноме человека.

Успехи биологии и генетики в медицине и в технологиях поддержания жизни привели к появлению специальной научной дисциплины в 70-е годы 20 века – биоэтики, которая ставит проблемы в нашем отношении к жизни и смерти, к окружающей среде, к успехам генетики и др.

Биоэтика особенно активизировалась всвязи с фактами автоназии. Эти факты заставили задуматься, что такое жизнь – лишь биологическое явление или нравственная ценность. Биоэтика активизировалась также всвязи с технологией клонирования.

Принципы биоэтики по регулированию научных исследований в области медицины и генетики:

1)  утверждается единство научно-рациональных и гуманистических ценностей;

2)  отдается приоритет гуманистическим целям перед исследовательскими ценностями;

3)  устанавливается требование международного правового регулирования научных исследований, связанных с человеком.

Отдельным вопросом в биоэтике стоит вопрос о свободном выборе человека между жизнью и смертью. Таким образом в биоэтике больше проблем, чем решений.

3. Каждое живое существо – прежде всего физическое тело, представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Жизнь на Земле – такой уровень организации материи, на котором существуют открытые самоорганизующиеся системы, построенные из полимерных молекул белка и нуклеиновых кислот.

Свойства живого:

1)  Единый химический состав.

Это значит, что в составе всех живых организмов имеются 4 главных элемента – водород, кислород, азот, углерод и 2 дополнительных – сера и фосфор. Эти 6 органогенов составляют более 98% массы человека.

2)  Обмен веществ.

Происходит как двусторонний процесс поглощения питательных веществ из окружающей среды, за счет которых происходит образование органического вещества. Сложные органические соединения в теле распадаются на простые элементы, что дает энергию, необходимую для жизни, т. е. организм – химический реактор. Метаболизм обеспечивает гомеостаз.

3)  Самовоспроизведение (репродукция).

Способность образования новых молекул и генетических структур на основе информации, заложенной в ДНК. Обеспечивает непрерывность жизни на Земле.

4)  Наследственность – передача признаков из одного поколения в другое. Обеспечивает преемственность жизни.

5)  Изменчивость – способность приобретать новые признаки и свойства за счет которых происходит эволюция.

6)  Развитие и рост – проявляется как возникновение нового качественного состояния биологической системы. Различают 2 вида биологического развития: онтогенез – индивидуальное развитие и филогенез – видовое развитие. Они связаны между собой биогенетическим законом: филогенез есть краткое и быстрое повторение онтогенеза.

7)  Раздражимость – реакция организма на воздействие окружающей среды. Обеспечивает приспособление организма к среде.

8)  Дискретность – отделенность органов в составе организма, пространственная отделенность особей в составе популяции. Обеспечивает самообновление организма и самообновление всех систем живого.

9)  Саморегуляция – способность организма к поддержанию постонства своего химического состава и интенсивности физиологических процессов.

10)  Ритмичность – изменение жизнедеятельности в ответ на циклические изменения окружающей среды.

11)  Энергозависимость – существование только до тех пор, пока происходит приток вещества и энергии из окружающей среды.

Таким образом, все живое на Земле имеет комплекс одинаковых свойств, что позволяет отделить живую материю от неживой. Обобщенно свойства живой материи: способность к внутренней стабилизации, неограниченному росту, конкуренции, совершенствованию структуры за счет отбора.

Тема 8. Биологические теории развития.

1.  Этапы эволюции материи.

2.  Проблема происхождения жизни на земле.

3.  Проблема происхождения человека на Земле. Культурная эволюция человека.

1  Физик Кэлвин (1956) предполагает разделить эволюцию природы – необратимое развитие биологических форм от простых к более сложным – на 4 этапа:

1.  Атомная эволюция(4,6 млрд. лет назад)

2.  Химическая эволюция

3.  Органическая эволюция (3,8 млрд. лет назад)

4.  Культурная эволюция (100-40 тыс. лет назад)

Жизнь на Земле появилась в результате эволюции материи, а эволюция жизни дала начало существованию человека, общества, культуры. Теория Эволюции появилась в 18 веке. Эта идея была развита в 19 веке Дарвином - теорией о происхождении видов. Дарвин установил, что под влиянием естественного отбора в природе происходит постоянный процесс преобразования менее сходных форм жизни в более сходные. Вместе с наследственностью и изменчивостью Дарвин считал естественный отбор как фактор эволюции. Эволюция по Дарвину совершается как процесс с обязательным наличием переходных форм при образовании нового вида.

В 20 веке Кэльвинизм соединяется с достижениями молекулярной биологии и генетики и формируется синтетическая теория эволюции. В её рамках появляется теория пунктуализма, которая объясняет эволюцию в виде скачкообразного процесса (Энгельс ). Эволюция совершается редкими, но быстрыми скачками. В кратковременный период времени происходит мутационный скачок и появившиеся изменения дают начало новому виду. Решение проблем происходящие в жизни и появление человека на Земле происходит с опорой на то или иное понимание эволюции.

2  Проблема происхождения жизни имеет философский и естественнонаучный подход. С точки зрения философии необходимо объяснить качественное различие механизмов происхождения материи существуют несколько вариантов трактовки мира: 1) гилозоизм - представления о том, что мир - это живые существа; 2) витализм – представление о том что существует некая идеальная сила – вита, и от её присутствия зависит существование жизни; 3) механицизм – другая крайность упрощённая материалистами представление, что жизнь это комплекс физических процессов и химических реакций.

Во всенаучных трактовках сущности жизни преобладали односторонние философские подходы. Объяснение качественной специфики живой материи было сделано в 1838 г., когда появилась теория клеточного строения Теодора Шванна. Было установлено, что клетка структурная и функциональная единица строения всех живых организмов.

Объяснить происхождение жизни пытались философы и естествоиспытатели научного, натуралистического периода:

1.  Аристотель.

2.  Теория космического происхождения жизни представление о том, что в космосе существуют зародыши жизни и они подхватившиеся световыми лучами попали на Землю.

3.  Теория стационарности. Жизнь на Земле появилась вместе с формированием нашей планеты.

В 20 веке возникла теория биохимической эволюции. Жизнь на Земле возникла в условиях первичной Земли под влиянием химических и физических преобразований.

В описании химических процессов упор делается на абиогенное происхождения жизни (живое возникает из неживого).

Основная трудность в научном исследовании проблема возникновения жизни состоит в том, чтобы установить: появилась клетка сразу как целостная структура или ей предшествовали доклеточные структуры с отдельными функциями живой клетки.

В 80-е годы 20 века появились две концепции : субстратная ( ) , информационная. Согласно Апарину клетке предшествовала белковая молекула и функцией метаболизма, конкуренция этих белковых молекул привела к отбору среди них тех молекул которые «научились» поглощать из внешней среды вещества, отвечающие за их самовоспроизведение.

Молекулярное биология получила данные о том, что кодирование белка осуществляется молекулой РНК, а с другой стороны репликация ДНК невозможна без присутствия ферментных белков.

Живая клетка может существовать только как единство вещества и функции белковых молекул и молекул нуклеиновых кислот. Наука не в состоянии объяснить, как на каком этапе произошел процесс образования жизни на Земле.

3  Согласно таксономическому определению человек принадлежит царству животных, классу млекопитающих, отряду приматов, секции узконосых обезьян старого света, надсемейства гоминоидов, семейства гоминиды, род и вид Homo Sapiens, подвид человек современного типа.

Человек - существо биосоциальное и на основе данных палеонтологии и молекулярной биологии изучают антропогенез – происхождение и развитие человека палеонтология изучает ископаемые остатки предковых форм человека. Молекулярная биология изучает геномы современных людей и определяет генетическое происхождение человека современного вида.

Стадиальная теория антропогенеза.

Предковые формы человека прошли следующие стадии:

1.  Антропоиды, человекоподобные обезьяны (7 млн. лет назад). На этой стадии происходит изменение объёма головного мозга у приматов, округление черепа, размеров лица (австралопитеки - человек умелый, человек прямоходящий).

2.  Архантропы (1 млн. лет назад) питекантропы и синантропы.

Продолжается эволюция биологических признаков.

3. Палеоантропы (300 тыс. лет назад) складывается надбровная дуга и другое.

3.  Неоантропы человек современного вида - кроманьонцы ( 100 тыс. лет назад).

При переходе от стадии к стадии единовременно менялся биологический облик и поведение предковых форм человека. Наращивались социально-культурные признаки, выделяющие человека из животного мира, развития языкового общения.

Современные гипотезы появления неоантропа в его различных популяциях:

1.  Гипотеза Полицентризма.

2.  Гипотеза Моноцентризма.