ИТОГ-КСЕ-ДО в PDF раздача 2015.pdf

М1. УЕ 1.2. Естественнонаучная картина мира: основные концепции

знаний (например, геометрия Евклида, механика Ньютона и др.).

Б3. Мысленный эксперимент - метод мысленного внесения определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования.

II. Классификация по широте применимости методов

А. Всеобщие методы, используемые максимально широко:

А1. Метафизический метод – метод рассмотрения явлений без учета их взаимной связи и развития.

А2. Диалектический метод – метод изучения явлений и событий с учетом их взаимного влияния.

Б. Общенаучные методы:

Б1. Анализ − метод расчленения целого предмета на составляющие части с целью их всестороннего изучения;

Б2. Синтез − метод соединения ранее выделенных частей объекта в единое целое;

Б3. Абстрагирование – метод отвлечения от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих нас свойств и отношений;

Б4. Обобщение – прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

Б5. Индукция − метод получения общего вывода на основе частных посылок;

Б6. Дедукция − метод получения частных выводов на основе знания каких-то общих положений;

Б7. Моделирование − метод изучения объекта (оригинала) путём создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя.

В. Частнонаучные методы – это методы, специфичные для отдельных наук. Спектральный анализ в астрофизике, титриметрический метод в химии, близнецовый метод в генетике человека и т.д.

Научная картина мира

Научная картина мира включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определенное понимание мира и места человека в нем. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет Мир, в котором живет, т.е. понятие «картина мира» не есть нечто застывшее, это понятие развивается по мере познания мира. Важно отметить, что научная картина мира формируются в любой науке, как только она оформляется в качестве самостоятельной отрасли научного знания. Принято говорить о физической, астрономической, биологической и т.п. картинах мира.

17

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная картина мира:

•о материи;

•о движении;

•о пространстве и времени;

•о взаимодействии;

•о причинности, закономерности и случайности;

•о космологии (общем устройстве и происхождении мира). Современное естествознание стремится создать общую естественнонауч-

ную картину мира (ЕНКМ) − упорядоченную систему знаний о Вселенной и человеке, формирующуюся на базе открытий и достижений, прежде всего естествознания (астрономии, физики, химии, биологии и др.).

ЕНКМ выполняет важные методологические функции: помогает строить научные теории и новые научные дисциплины на стыках наук. Это делает естественнонаучную картину мира одной из важнейших форм теоретического знания.

В перспективе ЕНКМ должна представлять собой единую модель природы, характеризуемую рядом фундаментальных общенаучных идей. Однако такая модель еще далека от реализации.

Отличие естествознания от других естественных наук состоит в

том, что оно пытается построить единую картину мира

Основные принципы построения ЕНКМ:

1.Системность ориентирует исследователя на целостный охват изучаемых явлений и процессов, с учетом единства элементов и структуры, целого и части, и, тем самым, предостерегает от одностороннего и неполного результата.

2.Самоорганизация означает способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции.

3.Историчность указывает на принципиальную незавершенность настоящей и любой другой картины мира в силу неисчерпаемости материи и, следовательно, бесконечности процесса познания.

4.Универсальный эволюционизм устанавливает связь между неживой, живой и социальной материей. Принципы универсального эволюционизма:

а) всё во Вселенной существует в постоянном развитии, эволюции; б) настоящее и будущее зависят от прошлого, но не предопределяются

им.

Ядром каждого определенного этапа развития ЕНКМ является частная картина той отрасли науки, которая занимает в данный период лидирующее положение в естествознании. Стержнем современного естествознания является физическая картина мира, поскольку физика занимает в нем лидирующее положение.

В историческом развитии одна картина мира сменяла другую, по мере появления новых знаний об окружающем мире. Далее рассмотрим картины мира и их особенности.

18

ВВЕДЕНИЕ В УЕ 1.3.

Особенности развития естествознания и его история

Цель изучения

1.Выяснить особенности исторического развития естествознания;

2.Изучить пять основных физических категорий, описывающих окружающий мир;

3.Проследить за изменениями представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии;

4.Познакомиться с историей естествознания.

Что Вы должны знать и уметь перед началом изучения

▪достаточно знать историю в рамках школьной программы;

▪иметь общие представления о физических/философских категориях материя, движение, пространство, время, взаимодействие.

В результате изучения Вы будете знать

▪основные этапы исторического развития естествознания;

▪пять физических категорий (материя, движение, пространство, время, взаимодействие) и особенности развития представлений о них;

▪что такое научная революция.

Ход изучения

1.Прочитайте теоретическую часть УЕ 1.3.

2.Рассмотрите приведенные примеры (где приведены).

3.По ходу изучения отвечайте на вопросы (самоконтроль):

а) Что такое материя и как менялись представления о ней начиная с периода натурфилософии и до наших дней?

б) Как менялись в разные исторические периоды представления о движении, пространстве и времени?

в) Что такое взаимодействие и как менялись представления о нем начиная с периода натурфилософии и до наших дней?

г) Перечислите основные особенности периода натурфилософии и средневекового периода?

д) Что такое научная революция и какие научные революции произошли до нашего времени?

19

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ УЕ 1.3. Особенности развития естествознания и его история

▪Вес – сила, с которой тело действует на опору или пружину. Иначе, сила,

скоторой сила тяготения притягивает тело в зависимости от массы.

▪Взаимодействие – способ существования материи, свойство тел оказывать взаимное влияние друг на друга.

▪Время – это последовательность несущихся друг за другом событий. Или, это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связывающее их в единое целое.

▪Движение – рассматривается в самом общем виде как изменение состояния (пространственно-временных координат) системы.

▪Масса – мера инертности вещества, выражается, например, в кг.

▪Материя это окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами при помощи органов чувств.

▪Научная революция – этап развития науки, во время которого старые научные представления замещаются частично или полностью новыми, появляются новые методы, материальные средства, оценки и интерпретации, плохо или полностью несовместимые со старыми представлениями.

▪Пространство – это отношение между совместно существующими объектами, которое выражается в том, что все тела расположены друг относительно друга и имеют протяженность, т.е. форму и размеры.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ УЕ 1.3. Особенности развития естествознания и его история

Характерными особенностями развития естествознания являются:

1.Неразрывная связь его истории с развитием общества и производственных отношений.

2.Наличие периодов эволюционного (плавного) и революционного (скачкообразного) развития.

3.Развитие идет по пути дифференциации и интеграции знания.

Естествознание пытается ответить на вопросы, которые испокон веков интересовали человека: из чего построен мир и человек, почему всё изменяется и так далее. Все эти многочисленные вопросы можно свести к нескольким основным:

Вопрос Философская/научная категория

Из чего все состоит? Материя

Почему все изменяется? Движение Где всё происходит? Пространство и время

Как всё связано? Взаимодействие

20

1. Материя это окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами при помощи органов чувств.

Движенья&нет,&сказал&мудрец&брадатый.&

Другой&смолчал&и&стал&пред&ним&ходить.&

Сильнее&бы&не&мог&он&возразить;&

Хвалили&все&ответ&замысловатый&

Но,&господа,&забавный&случай&сей&

Другой&пример&на&память&мне&приводит:&

Ведь&каждый&день&пред&нами&солнце&ходит,&

Однако&ж&прав&упрямый&Галилей.&

А.С.$Пушкин$

$

2.Движение – способ существования материи. Рассматривается в самом общем виде как изменение состояния (пространственно-временных координат) системы. Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени, которые за длительный период развития естествознания претерпели существенные изменения.

3.В современном представлении пространство - это отношение между совместно существующими объектами, которое выражается в том, что все тела расположены друг относительно друга и имеют протяженность, т.е. форму и размеры.

4.Время – это последовательность несущихся друг за другом событий. Или это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связывающее их в единое целое. Оно выражается в последовательном появлении объектов и их продолжительности.

5.Взаимодействие – способ существования материи, свойство тел оказывать взаимное влияние друг на друга. Независимо от того, притягиваются ли частицы между собой, отталкиваются или распадаются на другие частицы, - они взаимодействуют друг с другом. Все многообразие взаимодействий современная физика сводит к 4 основным - сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

Для удобства сравнения, рассмотрим каждое понятие отдельно от других в разные исторические периоды (табл. 1).

21

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии.

1.МАТЕРИЯ

Натурфилософия

Материя состоит из стихий (земля, огонь, вода, воздух) (Фалес, Гераклит). Материя состоит из вечных неделимых атомов (корпускул), разного размера и формы, которые движутся в пустоте (Левкипп, Демокрит).

Аристотель, однако, считает, что пустоты нет, все пространство заполняет первоматерия – эфир.

Механическая картина мира

Материя – это субстанция, состоящая из отдельных (дискретных1) атомов.

Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса2. И. Ньютон.

Электромагнитная картина мира

Материя существует в двух видах - вещество и непрерывное электромагнитное поле.

Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность (Д. Максвелл).

Квантово-полевая картина мира

Материя состоит из вещества и поля.

Квантово-волновой дуализм3 - каждый элемент материи обладает свойствами волны и частицы, но не может проявлять и те, и другие свойства одновременно (М. Планк, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, Н. Бор).

Современная картина мира

В современной картине мира кроме вещества и поля выделяют информацию.

Существует еще физический вакуум – форма материи, лишенная вещества и излучения, но характеризующаяся активностью, возникновением и уничтожением виртуальных частиц, способных находиться в одном из многих состояний, различающихся энергиями и давлениями.

1Дискретный – состоящий из отдельных частей, прерывистый.

2Масса - мера инертности вещества, выражается, например, в кг, а вес - сила, с которой тело действует на опору или пружину (поэтому и говорят - взвесили - т.е. поставили на весы, а весы показали вес деленный на ускорение свободного падения, т.е. массу).

3Дуализм – двойственность.

22

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, взаимодействии (продолжение).

ДВИЖЕНИЕ

Натурфилософия

Существуют два вида движения (Аристотель):

а) «естественное» прямолинейное движение, заложенное в природе самих тел (каждое тело знает свое место, куда оно и стремится)). Воздух и огонь стремятся вверх, камень – вниз.

б) «насильственное» (связанно с действием сил на тела; пока есть действие силы – есть движение, если действие убрать, то и движение пре-

Источник всякого движения перводвигатель (Бог) (Аристотель). Все происходящее в мире сводится к перемещению тел или частиц по своим траекториям.

Механическая картина мира

Существует один вид движения – механическое перемещение тел в пространстве и времени.

Первоисточник движения – Бог.

Движение описывается механическими законами:

1 закон механики: в отсутствие внешних сил любое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (по инерции); при действии на тело некоторой силы его скорость изменяется.2 закон механики: скорость изменения скорости тела, то есть его ускорение, пропорциональна действующей на него силе и обратно пропорциональна массе.

3 закон механики: любой силе найдется равная ей, но противоположно направленная.

4 закон механики (Всемирного тяготения): сила тяготения между телами напрямую зависит от их масс и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

Все происходящее в мире сводится к перемещению тел или частиц по своим траекториям.&

Электромагнитная картина мира

Движение – это не только движение частиц, но и распространение поля в виде электромагнитных волн.

Квантово-полевая и современная картины мира

Существует множество форм движения материи (простое перемещение в пространстве, биологическое движение (например, обмен веществ, саморегуляция), химическое движение (например, изменение агрегатного состояния вещества) и т.д.

Движение - частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Переносчиками взаимодействия являются элементарные частицы.

23

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии (продолжение).

3-4. ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ

Натурфилософия

Пространство и время – это система отношений между материальными телами (Аристотель). Пространство однородно и бесконечно (Евклид). Может существовать абсолютно пустое пространство (Демокрит). Невозможно абсолютно пустое (без материи) пространство (Аристотель).

Время бесконечно и немыслимо без движения (Аристотель) Измерить время можно с помощью любого периодического движения.

Механическая картина мира

Пространство трехмерно (длина-ширина-высота), однородно (в нем нет выделенных точек), изотропно (свойства пространства одинаковы во всех направлениях) и постоянно.

Время одномерно, однородно, необратимо (всегда идет от прошлого через настоящее к будущему) и не зависит от пространства.

Пространство и время не связаны материей, с движением тел, они имеют абсолютный характер

Абсолютное пространство (Ньютон) – неизменно и неподвижно (если мир и все тела в нем вдруг исчезнут, то останется некий пустой «ящик» – абсолютное, «чистое» пространство). Абсолютное время (Ньютон) – течет одинаково во всей Вселенной.

А. пространство и а. время полностью независимы от физических процессов (например, абсолютные пространство и время не зависят от скорости движения тел, от их массы и т.д.).

Относительное пространство и время (Ньютон) – те, что доступны нашим органам чувств, которые можно оценить и измерить.

Электромагнитная картина мира

Пространство и время связаны с материей.

Квантово-полевая и современная картины мира

Пространство связано со временем и с материей.

Существует 4-хмерный пространственно-временной континуум (специальная теория относительности А.Эйнштейн).

Пространство может искривляться. Время может замедляться (общая теория относительности А.Эйнштейн).

24

Таблица 1. Развитие представлений о материи, движении, пространстве, времени и взаимодействии (окончание).

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Натурфилософия

Одно тело оказывает влияние на другое, отчего последнее начинает двигаться (Аристотель).

Механическая картина мира

Единственный тип взаимодействия – это тяготение.

Электромагнитная картина мира

Кроме тяготения (гравитационное взаимодействие) существует еще и электромагнитное.

Квантово-полевая картина мира

гравитационное взаимодействие - отвечает за притяжение между телами, имеющими массу; примеры: Луна и Земля; самое слабое из всех четырёх типов взаимодействия.

электромагнитное взаимодействие - сильнее гравитационного, может распространяться на бесконечные расстояния; примеры: частица света – фотон, радиоволны, тепло от обогревателя.

сильное взаимодействие – обеспечивает «склейку» между элементарными частицами ядра (протон+нейтрон). Открыто в XX веке.

слабое взаимодействие - ответственно за распады частиц; примеры: частица - нейтрино, радиоактивность, бета-распад. Открыто в XX веке.

По величине относительной интенсивности типы взаимодействия (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

В современной картине мира делается попытка объединить все четыре взаимодействия в рамках теории Великого объединения.

Современная картины мира

гравитационное взаимодействие – переносчик: квант гравитационного взаимодействия - виртуальная частица - гравитон.

электромагнитное взаимодействие – переносчик: квант электромагнитного взаимодействия - виртуальная частица - фотон.

сильное взаимодействие – переносчик: виртуальная частица - глюон.

слабое взаимодействие - переносчик: виртуальные частицы – промежуточные векторные бозоны.

Делается попытка объединить все четыре взаимодействия в рамках теории Великого объединения.

Отметим некоторые общие особенности исторического развития естествознания (Табл. 2).

25

Таблица 2. История естествознания

26