Методическая разработка для лекций по теме «Естествознание и окружающий мир» дисциплины «Концепции современного естествознания»

Кислинский В.Б.
Сызранский филиал
ФГБОУ ВПО
«Самарский государственный экономический университет»
2015 год
Методическая разработка для проведения лекционных занятий по дисциплине «Концепции современного естествознания».

Естествознание и окружающий мир. История естествознания. Панорама и тенденции развития современного естествознания.

Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия (от лат. natura – природа), или философия природы. Она характеризовалась чисто умозрительным истолкованием природного мира, рассматриваемого в его целостности. Считалось, что философии отведена роль «науки наук», «царицы наук», ибо она является вместилищем всех человеческих знаний об окружающем мире, а естественные науки являются лишь её составными частями. Натурфилософское понимание природы содержало много вымышленного, фантастического, далёкого от действительного понимания мира. Тем не менее, в условиях господства натурфилософии эпоха античности характеризовалась целым рядом существенных научных достижений (прежде всего, в математике и механике), которые навечно вошли в историю науки.
Наука в истории человечества впервые зародилась в древней Греции в VI веке до н.э. Под наукой понимается не просто совокупность каких-то отрывочных, разрозненных сведений, а определённая система знаний, являющаяся результатом деятельности особой группы людей (научного сообщества) по получению новых знаний. Указанные характеристики науки обнаруживаются в культуре Древней Греции.
1.1. Натурфилософские представления и научные знания античности.
В ранней древнегреческой натурфилософии господствовала идея о некоторых исходных первоначалах, лежащих в основе мироздания. К таким первоначалам, из которых якобы создаётся весь окружающий мир, относили либо так называемые четыре «стихии» (воду, воздух, огонь, землю), либо какое-то мифическое первовещество. Подобное первовещество, придуманное древнегреческим натурфилософом Анаксимандром и названное им «апейрон» (в переводе – «беспредельное», «неопределенное»), первоначально представляло собой неопределённую туманную массу, находившуюся в постоянном круговом вращении, из которой, в конце концов, произошло все многообразие мира.
Но уже в тот период на смену подобным представлениям о мире приходит стройное атомистическое учение о природе. Выдающимся представителем этого направления в натурфилософии был Демокрит. Основные принципы его атомистического учения можно свести к следующим положениям.
Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц – атомов и незаполненного пространства – пустоты.
Атомы неуничтожимы, вечны, значит, и Вселенная существует вечно.
Атомы представляют собой мельчайшие, неизменные, непроницаемые, абсолютно неделимые частицы – «кирпичики мироздания».
Атомы находятся в постоянном движении.
Различаются атомы по форме и величине. Однако все они настолько малы, что недоступны для восприятия органами чувств человека.
Все предметы материального мира образуются из атомов различных форм и различного порядка их сочетаний (как слова образуются из букв).
Идеи атомистики получили своё развитие в учении Эпикура. Эпикур разделял точку зрения Демокрита, что мир состоит из атомов и пустоты, а все существующее во Вселенной возникает в результате соединения атомов в различных комбинациях. Вместе с тем Эпикур внес в описание атомов, сделанное Демокритом, некоторые поправки: атомы не могут превышать известной величины, число их форм ограничено, атомы обладают тяжестью и т.д. Но главное в учении Эпикура – это попытка найти какие-то внутренние источники жизни атомов. Он высказал мысль, что изменение направления их движения может быть обусловлено причинами, содержащимся внутри самих атомов. Это был шаг вперёд по сравнению с Демокритом.
Одним из величайших учёных и философов античности, чья деятельность совпала с афинским периодом развития древнегреческой натурфилософии, был Аристотель. В круг интересов Аристотеля входили вопросы математики, физики, биологии, астрономии. Среди естественных наук ему удалось достичь наибольших успехов в изучении живой природы. Он дал определение жизни, как способности к самообеспечению, а также к независимому росту и распаду. В своих исследованиях он упоминает несколько сот различных животных. Вместе с тем у Аристотеля было немало ложных представлений о явлениях природы. Он, например, приписывал движению некоторое «врождённое» свойство, заставляющее все на Земле стремиться к своему «естественному» месту. Поэтому, считал он, дым поднимается вертикально вверх, а камень падает вертикально вниз.
В истории науки Аристотель известен также как автор космологического учения, которое оказало огромное влияние на миропонимание многих последующих столетий. Его космология получила название геоцентрической картины: Земля, имеющая форму шара, неподвижно пребывает в центре Вселенной. Шаровидность Земли Аристотель выводил из наблюдений, сделанных им во время лунных затмений. Эти наблюдения показали круглую форму земной тени, надвигающейся на диск Луны. К такому же выводу – о шаровидности Земли – ведёт, по мнению Аристотеля, и свойственное Земле тяготение к центру Вселенной.
Аристотель разделял мир на две области, качественно отличающиеся друг от друга: область Земли и область Неба. Область Земли имеет в своей основе четыре элемента: землю, воздух, воду и огонь (это те же четыре «стихии»). Область Неба имеет в своей основе пятый элемент – эфир, из которого состоят небесные тела. Самые совершенные из них – неподвижные звёзды. Они состоят из чистого эфира и настолько удалены от Земли, что недоступны никакому воздействию четырёх. Иное дело – Луна и планеты. Они также состоят из эфира, но в отличие от неподвижных звёзд подвержены некоторому влиянию, по крайней мере, одного из элементов, образующих Землю. По мнению Аристотеля, за оболочкой воздуха вокруг Земли находится наиболее лёгкий из земных элементов – огонь, который помещается в пространстве между Землёй и Луной и соприкасается с границей эфира.
Космология Аристотеля опиралась на представление о пространственной конечности мироздания. В этой конечной протяжённости космоса расположены твёрдые кристально-прозрачные сферы, на которых неподвижно закреплены звёзды и планеты. Их видимое движение объясняется вращением указанных сфер. С крайней сферой соприкасается «Перводвигатель Вселенной», являющийся источником всякого движения. Он нематериален, ибо это есть Бог (Аристотель рассматривал Бога как разум мирового масштаба, дающий энергию «перводвигателю»).
Древнегреческая натурфилософия прославилась вкладом её представителей в формирование и развитие математики. Здесь, прежде всего, следует отметить знаменитого мыслителя Пифагора. Помимо всем известной «теоремы Пифагора» на счету этого учёного имеется и ряд других научных достижений. К их числу, например, относится открытие иррациональных чисел. Есть сведения о том, что Пифагор придерживался мнения о шарообразности Земли и её вращении вокруг собственной оси. Важной отличительной чертой миропонимания Пифагора было учение о числе как основе Вселенной. «Самое мудрое в мире – число» - учил он. Считая, что мир состоит из пяти элементов (земли, воды, огня, воздуха и эфира), Пифагор связал это с пятью видами правильных многогранников. Так, Земля, по его мнению, состоит из частиц кубической формы, огонь – из тетраэдров, воздух – из восьмигранников (октаэдров), вода – из двадцатигранников (икосаэдров), а эфир – из двенадцатигранников (додекаэдров). Положив в основу космоса число, Пифагор придал этому слову новое значение.
Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в своём противостоянии, а также Венера в период попятного движения значительно ярче, чем в другое время. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому уже в тот период возникали и другие представления о строении мира. Так, Гераклид Понтийский предполагал, что Земля движется «по вращательной, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра». Он также высказал мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.
Ещё более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский. Он полагал, что неподвижные звёзды и Солнце не меняют своих мест в пространстве, что Земля движется по окружности около Солнца, находящегося в её центре, и что центр сферы неподвижных звёзд совпадает с центром Солнца. Он допускал также и суточное вращение Земли. Однако в распоряжении учёных того времени было слишком мало данных для обоснования этой теории, которая на много столетий опередила своё время.
Значительный вклад в развитие представлений о Вселенной внёс древнегреческий астроном Гиппарх. Его звездный каталог содержал сведения 0 850 звёздах и 48 созвездиях. Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он предположил, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещён по отношению к Земле. Такие орбиты он назвал эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и Луны на небе в любой день года.
Окончательную форму геоцентрической картине мира придал александрийский астроном Клавдий Птолемей (II век н.э.) в своем знаменитом сочинении «Альмагест». Он разработал математическую теорию, описывающую движение Солнца, Луны, планет на видимом небосводе. Птолемей предложил логически стройную и весьма сложную кинематическую схему Вселенной, которая, несмотря на ложность своих теоретических положений, давала удовлетворительное описание основных особенностей видимого движения небесных тел.
Геоцентрическая картина мира, на обоснование которой Птолемей потратил немало сил, просуществовала после его смерти чрезвычайно долго – целых 1375 лет – вплоть до опубликования знаменитого труда Коперника. Системы мира Аристотеля и Птолемея были признаны согласными с религиозной идеологией. Основа христианской религии – тезис искупления (пришествия на землю Бога для спасения людей) гармонировал с представлением об исключительном положении Земли как центра мира.
1.2. Первая научная революция. Смена космологической картины мира.
Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире. И если процесс простого приращения знаний (а иногда и вымыслов) был присущ для натурфилософии античности, для последующего затем длительного периода средневековья, то с XVI века характер научного прогресса существенно меняется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира. Эти переломные этапы в генезисе научного знания получили наименование научных революций. Причем революция в науке – это, как правило, не кратковременное событие, ибо коренные изменения в научных знаниях требуют определенного времени. Поэтому в любой научной революции можно хронологически выделить более или менее длительный исторический период, в течение которого она происходит. Периоды революций в науке, как отмечал всемирно известный физик Луи де Бройль, «всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний».
Первая научная революция произошла в эпоху, оставившую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период, ознаменовавший переход от средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Она характеризовалась возрождением культурных ценностей античности (отсюда и название), расцветом искусства, утверждением идей гуманизма. В то же время эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессом науки и радикальным изменением миропонимания.
Геоцентрическая система Птолемея к тому времени начала испытывать серьезные трудности. Ее несовершенство становилось все более очевидным. Повышенные требования к точности астрономических вычислений, вызванные практическими потребностями, привели к усложнению системы. Потребовалось внести дополнительные окружности (эпициклы, деференты), чтобы согласовать систему с Землей в центре и вращающимися вокруг нее по окружностям планетами с наблюдаемыми движениями этих планет (см. рис. 1).Число эпициклов и деферентов достигло нескольких десятков и продолжало возрастать. Такая громоздкая и неудобная система фактически описывала отдельные движения небесных тел, никак не связанных между собой. К поиску новой, более совершенной модели мира подталкивали и другие практические потребности жизни: назревшая необходимость реформы календаря (день весеннего равноденствия, закреплённый на 21 марта еще в IV веке, отстал от действительной даты на 10 дней), а также упрощение вычисления долготы, что было крайне необходимо в мореходной практике. Вселенная Птолемея значительно упростилась бы, если принять, что в ее центре находится не Земля, а Солнце. Но чтобы произвести такой революционный шаг, понадобился гений Николая Коперника, создавшего гелиоцентрическую картину мира (рис. 2).
В основе этой системы лежали следующие утверждения:
В центре мира находится Солнце.
Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении и вращаются вокруг одного из своих диаметров.
Это движение происходит по круговым орбитам.
Движение является равномерным, т.е. скорости движения планет по круговым орбитам постоянны.
В гелиоцентрической системе Вселенная по-прежнему ограничивалась сферой неподвижных звезд, хотя размеры ее резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). Получившаяся модель была проще геоцентрической, хотя расчеты движения планет практически не упростились. Чтобы сохранить круговые орбиты, Копернику пришлось снова применить эпициклы и деференты. Главным достижением гелиоцентрической системы стала возможность описания мира с позиций одной центральной идеи (гелиоцентризма), которая позволяла видеть Космос единой системой. Так был исправлен самый большой недостаток модели Птолемея. Новая модель мира сразу объяснила многие непонятные ранее эффекты, и, прежде всего, петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была объяснена смена времен года. Кроме того, система Коперника позволила ему с высокой для того времени точностью рассчитать расстояния планет до Солнца. Коперник впервые дал правильный план строения Солнечной системы, установив ее относительные масштабы. Приняв за единицу измерения расстояние от Земли до Солнца, он нашел, что расстояния от Солнца до Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0,376; 0,723; 1,52; 5,217 и 9,184. За исключением последней, эти цифры почти не отличаются от современных данных.
Но гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предполагаемого центра Вселенной. Включив Землю в число небесных тел, которым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчинённых общим закономерностям единой механики. Тем самым был разрушен аристотелевский «перводвигатель».
Коперник показал ограниченность чувственного познания, неспособного отличать то, что нам представляется, от того, что в действительности имеет место (ведь визуально нам кажется, что Солнце «ходит» вокруг Земли). Таким образом, он продемонстрировал слабость принципа объяснения окружающего мира на основе непосредственной видимости и доказал необходимость для науки критического разума.
Учение Коперника подрывало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Последняя исходила из признания центрального положения Земли, что давало основание объявлять находящегося на ней человека центром и высшей целью мироздания. Кроме того, религиозное учение о природе противопоставляло земную материю, объявляемую, тленной, преходящей – небесной, которая считалась вечной и неизменной. Однако в свете идей Коперника трудно было представить, почему, будучи рядовой планетой, Земля должна принципиально отличаться от других планет.
Великое своё творение Коперник изложил в книге «Об обращении небесных сфер» появление которой относится к 1543 году, т.е. к году смерти Коперника, и которая представляет результат его многолетних трудов. Католическая церковь не могла согласиться с его выводами, затрагивающими основы религиозного мировоззрения. Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям. Сам Коперник избежал преследований ввиду своей смерти. В 1616 году его книга была внесена в папский «Индекс» запрещённых книг, откуда была вычеркнута лишь в 1835 году.
Однако система Коперника довольно быстро стала обретать сторонников и последователей, сумевших избавить её от первоначальных недостатков. На основе этой системы уточнили длину тропического года и провели реформу календаря. В 1582 году был введён григорианский (или новый) стиль летоисчисления. В 1577 году датский астроном Тихо Браге сумел рассчитать орбиту кометы, проходившую вблизи планеты Венера. Согласно его расчётам эта комета неизбежно должна была натолкнуться на твёрдую поверхность сферы неподвижных звезд, если бы таковая существовала. Тем самым было отвергнуто ошибочное представление Коперника о космосе, как о замкнутой сфере. Отстаивая тезис о бесконечности Вселенной, итальянский мыслитель Джордано Бруно заявил, что звезды – это не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, как и наше, вокруг которых могут вращаться планеты с живущими на них людьми. Фактически Бруно предложил набросок новой, полицентрической картины мироздания: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами. Поэтому в теории Дж. Бруно гелиоцентрическая система не является теорией Вселенной, а описывает лишь одну из многих планетных систем.
Завершил обоснование гелиоцентрической системы Иоганн Кеплер, отказавшийся от одного из ошибочных положений теории Коперника – о круговых орбитах. Первоначально Кеплер руководствовался идеями Платона и Пифагора о гармонии мира, которая усматривалась им в неизменности числа планет и их расстояний до Солнца. В те времена были известны 6 планет и все 5 правильных многогранников. Кеплеру удалось расположить шесть сфер с орбитами известных планет и разместить между ними правильные многогранники так, чтобы каждый из них был вписан в одну сферу и описывал другую. Отношения радиусов сфер совпали с реальными параметрами планет, что привело автора в искренний восторг. В дальнейшем Кеплеру удалось найти точные законы гелиоцентрического планетного мира. Они заключаются в следующем:
каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;
радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, описывает равные площади за равные промежутки времени;
квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца.
В этих законах Кеплера единый подход к движению небесных тел получил строгую научную конкретизацию, выраженную в единых математических формулах. Кеплер увидел действие единой силы и впервые поставил вопрос о её природе.
К середине XVII века гелиоцентрическая картина мира стала общепризнанной теорией действительного строения солнечной системы. Астрономическая революция закономерно подготовила революцию в физике.
1.3. Вторая научная революция.
Создание классической механики и экспериментального естествознания.
В рождении современной науки особую роль сыграл XVII век. В трудах великого итальянского ученого Галилео Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Росту научного авторитета Галилея способствовали его астрономические исследования, обосновывавшие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Используя изобретенные им телескопы (вначале это был скромный оптический прибор с трехкратным увеличением, а впоследствии был создан телескоп и с 32-кратным увеличением), Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой планеты Солнечной системы – Юпитера – Галилей обнаружил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). Его наблюдения за Луной позволили сделать вывод, что её поверхность гориста и что этот спутник Земли имеет либрацию, т.е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей также убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд.
Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как полагал Аристотель), а пройденный путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, он внес немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов. Общепринятым до Галилея в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей доказал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повседневным опытом) является ошибочным. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции:
тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.
Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания. Он понимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля сильно тормозит развитие науки. Истинное знание, считал Галилей, достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооружённого математическим знанием разума. Собственно метод научного познания Галилея состоял в следующем: из наблюдений и опытов формируется предположение – гипотеза, которая хоть и является обобщением опытов, но включает в себя и новое, непосредственно не содержащееся в каждом конкретном опыте. Эта гипотеза даёт возможность вывести математическим путём некоторые определенные следствия, предсказать новые факты, которые в свою очередь можно проверить или подтвердить на другом опыте. Такая проверка следствий и, следовательно, самой гипотезы превращает её в научную теории, либо отвергает её.




Рис.3. Схема научного познания
Продолжил и завершил дело Галилея по созданию классической механики великий английский учёный Исаак Ньютон. Ньютон сформулировал стройную теоретическую систему на основе созданного им вместе с Г. Лейбницем математического аппарата – дифференциального и интегрального исчислений. В основу классической механики легли три закона движения и взаимодействия и закон всемирного тяготения.
Первый закон Ньютона – это закон инерции Галилея, дополненный понятием инерциальной системы отсчёта:
существуют такие системы отсчёта, относительно которых тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если равнодействующая всех внешних сил, действующих на него, равна нулю или если на него не оказывается никакого внешнего воздействия.
Второй закон Ньютона устанавливает, каким образом будет двигаться тело, если оно подвергнется внешнему воздействию:
если равнодействующая внешних сил действующих на тело, не равна нулю, то тело будет двигаться относительно инерциальной системы отсчёта с ускорением, прямо пропорциональным этой равнодействующей:
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15.
Третий закон Ньютона установил особенности воздействия тел друг на друга:
любые два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и направленными в противоположные стороны по прямой, соединяющей центры этих тел (действие равно противодействию):
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15.
Рис.4. Действие равно противодействию
Громадное влияние на дальнейшее развитие естествознания оказал открытый Ньютоном закон всемирного тяготения. Он доказал существование тяготения как универсальной силы – силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. В 1666 г. Ньютон установил, что планеты удерживаются на устойчивых орбитах со скоростями, определяемыми из третьего закона Кеплера, потому, что их притягивает к Солнцу сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца. Этому же закону подчинялись и тела, падавшие на Землю. Так был сформулирован закон всемирного тяготения
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15,
здесь m1 и m2 – массы взаимодействующих тел, G – универсальная гравитационная постоянная. На основании этого закона Ньютону удалось получить эллиптическую форму планетных орбит и свойства их движения согласно законам Кеплера. Таким образом, законы движения планет предстали как следствии закона всемирного тяготения. Огромное впечатление на ученых произвел масштаб обобщения, впервые достигнутый естествознанием. Был получен поистине универсальный закон природы, которому подчинялись все – малое и большое, земное и небесное. Воображение ученых захватывала простота той картины мира, которая складывалась на основе ньютоновской механики. В этой картине отбрасывалось все «лишнее»: не имели значения размеры небесных тел, их внутреннее строение, идущие в них бурные процессы. Оставались только массы и расстояния между центрами масс этих тел, связанных при том несложной формулой. В 1687 г. вышел в свет главный труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», который более чем на два столетия определил развитие всего естествознания. Именно там были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения.
Классическая механика стала первой фундаментальной естественнонаучной теорией, на базе которой сформировалась новая, механистическая картина мира. В ней осуществился переход от натурфилософских догадок к точному экспериментальному естествознанию. Хотя Ньютон громко провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез им было предложено. Эти гипотезы были связаны с разработкой идеи всемирного тяготения. Само явление тяготения оставалось достаточно загадочным и непонятным. Необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется, есть ли у нее материальный носитель. Отвечая на эти вопросы, Ньютон предложил принцип дальнодействия:
действие тел друг на друга осуществляется мгновенно на любом расстоянии без каких – либо посредствующих звеньев, через пустоту.
Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных Ньютоном. В механике Ньютона материя – это косная масса, способная к движению лишь благодаря воздействию внешних факторов. Именно поэтому Ньютон был вынужден допустить существование Бога и божественного первотолчка, который привел материю в движение. Абсолютное пространство трактуется как вместилище мировой материи. Его можно сравнить с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать, тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время, как универсальная длительность, постоянная шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, оно может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно.
Важно отметить, что точное математическое описание движения тела требовало задания начальных координат и скоростей тел, последующие состояния системы однозначно определялись предыдущим состоянием. Зная это состояние, можно было узнать любое другое, как будущее, так и прошлое. Другими словами, направление времени не оказывало никакого влияния на результат, поскольку знак времени в уравнениях движения можно было изменить на противоположный. Симметрия процесса во времени, по сути, означала обратимость времени и исключала из природы все случайности. Весь окружающий нас мир превращался в грандиозную машину, любые состояния которой точно и однозначно описывались её предшествующими состояниями. Такая однозначная причинно-следственная связь получила название «лапласовского детерминизма» (поскольку её ясно сформулировал впервые именно П.С. Лаплас).
Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развитие естествознания на многие десятилетия вперёд.
1.4. Третья научная революция. Диалектизация естествознания.
В истории изучения человеком природы сложились два прямо противоположных метода, которые приобрели статус общефилософских, т.е. носящих всеобщий характер. Это диалектический и метафизический методы.
При метафизическом подходе объекты и явления окружающего мира рассматриваются изолированно друг от друга, без учета их взаимных связей и как бы в застывшем, фиксированном, неизменном состоянии. Диалектический подход наоборот, предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязей, с учетом реальных процессов их изменения, развития.
На определённом этапе научного познания природы метафизический метод был вполне пригоден и даже неизбежен, ибо упрощал, облегчал сам процесс познания. В рамках метафизического метода учеными изучались многие объекты, явления природы, проводилась их классификация. Наглядным примером этого может служить плодотворная деятельность шведского ученого, метафизически мыслящего натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Главной задачей своей жизни он считал создание классификации растительного и животного мира. В своем основном труде «Система природы» он сформулировал принцип такой классификации, установив для представителей живой природы следующую градацию: класс, отряд, род, вид, вариация. Живые организмы, например, Линней разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви, насекомые), а в растительном мире выделил целых 24 класса. Оригинальной идеей Линнея стала бинарная система обозначения растений и животных. Согласно этой системе, любое название представителя растительного или животного мира состоит из двух латинских наименований: одно из них является родовым, другое – видовым. Например, человек именовался Homo sapiens, т.е. человек разумный. Вместе с тем Линней считал виды растений и животных абсолютно неизменными. «Видов столько, сколько их создано Творцом», - писал он в своей «Системе природы». Диалектические идеи всеобщей взаимосвязи и развития могли утвердиться в естествознании лишь после того, как был пройден этап изучения отдельных объектов.
Начало процессу стихийной диалектизации естественных наук, составившему суть третьей научной революции в естествознании, положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта «Всеобщая естественная история и теория неба». В этом труде, опубликованном в 1755 году, была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы.
Гипотезу Канта принято называть небулярной (от лат. nebula – «туман»), поскольку в ней утверждалось, что Солнце, планеты и их спутники возникли из некоторой первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. Кант пытался объяснить процесс возникновения Солнечной системы действием сил притяжения, которые присущи частицам материи, составлявшим эту огромную туманность. Под влиянием сил притяжения из этих частиц образовывались отдельные скопления, сгущения, становившиеся центрами притяжения. Из одного такого крупного центра образовалось Солнце, вокруг него расположились менее крупные сгущения, которые стали двигаться по кругу. Из них образовались планеты, которые стали вращаться также вокруг своей оси. Солнце и планеты сначала разогрелись вследствие трения слагающих их частиц, затем стали остывать.
Кант в своей работе впервые создал развивающуюся картину мира , его идеи о возникновении и развитии небесных тел были несомненным достижением науки середины XVIII века. Его космогоническая гипотеза пробила первую брешь в метафизическом взгляде на мир.
В XIX веке диалектическая идея развития распространилась и на другие области естествознания, в первую очередь на геологию и биологию. В первой половине XIX века происходила острая борьба двух концепций в геологии – катастрофизма и эволюционизма, которые по-разному объясняли историю нашей планеты. Французский естествоиспытатель Жорж Кювье в своей работе «Рассуждения о переворотах на поверхности Земли» (1812 г.) утверждал, что каждый период в истории Земли завершался мировой катастрофой – наводнениями, поднятием и опусканием материков и пр. В результате этих катастроф гибли животные и растения, и в новых условиях появлялись новые их виды. Поэтому современные геологические условия и представители живой природы совершенно не похожи на то, что было прежде. Правда, причины катастроф Кювье не объяснял.
Катастрофизму Кювье противостояло эволюционное учение, которое в области биологии отстаивал знаменитый французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. В своей работе «Философия зоологии» (1809 г.) он утверждал, что изменяющиеся условия окружающей среды являются движущей силой эволюции органического мира. Согласно Ламарку, изменения в окружающей среде вели к изменениям в потребностях животных, следствием чего было изменение их жизнедеятельности. В течение одного поколения появляются изменения в том или ином органе, которые закрепляются наследственным образом. На этой основе возникают новые органы, а старые – исчезают. Однако взгляды Ламарка на эволюцию живой природы не получили должного обоснования.
Для утверждения эволюционизма исключительно важную роль сыграл труд «Основы геологии» английского естествоиспытателя Чарлза Лайеля. В этой работе, опубликованной в 1830-33 гг., Лайел нанес сокрушительный удар по теории катастроф. Проведя анализ огромного фактического материала, он установил, что в течение всей геологической истории действовали одни и те же факторы. Поэтому для объяснения изменений совершенно ненужно прибегать к грандиозным катастрофам. Необходимо допустить лишь очень длительный срок существования Земли.
Геологический эволюционизм Лайеля оказал немалое влияние на развитие эволюционного учения в биологии. В 1859 г. английский естествоиспытатель Чарлз Роберт Дарвин опубликовал свой главный труд «Происхождение видов». В нем он, опираясь на огромный фактический материал изложил факты и причины биологической эволюции. Он показал, что вне саморазвития органический мир не существует, и поэтому органическая эволюция не может прекратиться. Развитие – это условие существования вида, условие его приспособления к окружающей среде. Принципиально важное место в учении Дарвина занимает теория естественного отбора. Согласно этой теории, виды возникли и возникают в результате отбора и накопления качеств, полезных для организмов в их борьбе за существование в данных условиях.
Отзывы на учение Дарвина были многочисленные и разнообразны: от сугубо положительных, даже восторженных, до крайне негативных. Весьма неоднозначно в обществе реагировали на идею Дарвина о том, что человек произошел от общего с обезьяной существа.
Наряду с фундаментальными работами, раскрывающими процесс эволюции в природе, появились новые естественнонаучные открытия, подтверждавшие наличие всеобщих связей в природе.
К числу таких открытий относится клеточная теория, созданная в 30-х годах XIX века усилиями ботаника М.Я. Шлейдена и биолога Т. Шванна. Они установили что все многообразные формы животных и растений состоят только из клеток. Открытием клеточного строения растительного и животного мира была доказана связь, единство всего органического мира.
Примером проявления единства и взаимосвязи в материальном мире явилось построение в XIX веке физиками единой теории электромагнитных взаимодействий. Вплоть до 1820 г. электрические и магнитные явления рассматривались учеными как различные, не связанные между собой. Открытие в 1820 г. датским физиком Эрстедом магнитного действия тока показало, что магнитные действия можно получать при помощи электрических токов, а значит, между электрическими и магнитными явлениями есть связь. В 1831 году английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, суть которого состоит в том, что с помощью магнитов можно получить электрический ток. Для объяснения этих явлений Фарадей использовал понятие промежуточной субстанции, среды, которая передавала электрические и магнитные взаимодействия. Эту среду назвали полем. В работах Дж. Максвелла идеи Фарадея подверглись дальнейшему углублению и развитию и были превращены в строгую математическую теорию. Система уравнений Максвелла содержит в себе все основные законы электрического и магнитного полей, включая закон электромагнитной индукции. Эти уравнения описывают поведение единого электромагнитного поля в покоящихся средах. Теория Максвелла не только объяснила уже известные факты, но и предсказала новые важные явления. Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн, т.е. переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. Максвелл показал, что свет также является электромагнитной волной. В дальнейшем это было блестяще подтверждено экспериментально.
Электромагнитная картина мира явилась новым шагом в познании окружающего мира. Она дополнила механическую картину, обосновав целый круг новых явлений: электрических, магнитных, оптических. Максвелловские законы, управляющие электромагнитным полем, являлись, как и законы механики Ньютона, однозначно детерминированными, определяющими жесткую причинно-следственную связь.
Еще более впечатляющим примером единства и взаимосвязи в материальном мире явилось открытие закона сохранения и превращения энергии. Этот закон имеет универсальное значение, т.к. охватывает все науки о природе. Во время своего путешествия в Ост-Индию в 1840 г. немецкий врач Ю.Р. Майер обнаружил, что венозная кровь в тропиках более красная, чем в Европе, и объяснил это явление тем, что при высоких температурах в организме человека сгорает меньше пищи, поскольку тело в этих условиях требует меньше тепла, получаемого за счёт питания. Таким образом, в венозной крови остается больше кислорода. Основываясь на этом и других фактах, Майер показал, что химическая, тепловая и механическая энергия являются равноценными и могут превращаться друг друга. В отстаивании закона сохранения и превращении энергии большую роль сыграл знаменитый врач и физик Г. Гельмгольц. Более того, он пошел дальше и увязал этот закон с принципом невозможности вечного двигателя.
Отныне вся природа предстала как непрерывный процесс превращения энергии из одной формы в другую. Можно сделать вывод, что основополагающие принципы диалектики – принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи – получили во второй половине XVIII века и особенно в XIX веке мощное естественнонаучное обоснование.
1.5. Естественнонаучная революция начала XX века.
Ещё в конце XIX века большинство ученых склонялось к точке зрения, согласно которой физическая картина мира в основном построена и остается в дальнейшем неизменной. Нужно будет лишь уточнять детали. Но в первые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом. Это было следствием «каскада» научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого, исторического периода, охватывающего последние годы XIX века и первые десятилетия XX в.
В 1897 году Дж. Дж. Тансон открыл электрон – первую элементарную частицу. Оказалось, что катодные лучи, возникающие при электрическом разряде в газах, представляет собой поток отрицательно заряженных частиц. Опытами по отклонению этих частиц в электрическом и магнитном полях было измерено отношение их заряда к массе. Частицы стали называть электронами по предложению Дж. Стони, сделанному еще в 1891 г. для обозначения элементарного заряда одновалентных ионов.
В 1896 году А. Беккерель обнаружил самопроизвольное испускание солями урана неизвестного излучения. Изучая это явление, Пьер и Мария Кюри открыли новый химический элемент – радий, а само явление получило название «радиоактивность». Вскоре было установлено, что излучение состоит из альфа-частиц (ядер гелия), электронов и гамма лучей. Э. Резерфорд и Ф. Содди установили, что радиоактивные атомы подвержены самопроизвольному распаду и вывели закон этого распада. Впоследствии было обнаружено возникновение новых элементов при радиоактивном распаде.
Помимо этих явлений возникли трудности в объяснении особенностей излучения абсолютно черного тела. В 1896 г. В. Вин установил, что спектральная плотность излучения уменьшается с увеличением частоты, тогда как существовавшая формула Рэлея-Джинса в этом случае предсказывала другой результат. Разрешение этой ситуации привело к возникновению совершенно новой теории микромира – квантовой механики.
В 1900 году немецкий физик М. Планк высказал гениальную гипотезу:
вещество не может излучать или поглощать энергию иначе как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой или поглощаемой частоте.
Энергия одного кванта, определяется по формуле HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, где v – частота излучения, а h – универсальная константа, получившая название постоянной Планка. Исходя из этой гипотезы, Планк получил новый закон распределения спектральной плотности энергии излучения абсолютно черного тела, дающий полное согласие с экспериментом.
Вся важность открытия Планка была осознана не сразу. Однако уже было готово явление, которое оказалось возможным объяснить только с использованием высказанной Планком идеи. Это явление фотоэффекта, закономерности которого также находились в противоречии с тем, что ожидала классическая физика. В 1905 году А. Эйнштейн обратил внимание на то, что явление фотоэффекта указывает на дискретную природу света в соответствии с гипотезой Планка. Другими словами, свет – это поток корпускул, квантов. Эйнштейн назвал кванты света фотонами. В 1923 г. было открыто ещё одно явление, подтверждающее существование фотонов – эффект Комптона.
В физике сложилась сложная ситуация. К концу XIX века не было никаких сомнений в том, что свет является электромагнитной волной. Это было следствием уравнений Максвелла, да и многочисленные явления (интерференция, дифракция света и т.п.) только подтверждали это положение. Отметим, что классическая физика исходит из принципиального различия между волной и частицей. Считается, что частица обладает конечным числом степеней свободы, строго определенной траекторией движения, характеризуется массой, импульсом. Волна же обладает бесконечным числом степеней свободы, бестраекторностью, ибо каждая частица среды, куда приходит возбуждение, сама становится источником вторичных волн. Открытие Планка не перечеркивало те эффекты, в которых свет проявляет свои волновые свойства. Но при этом были открыты явления, свидетельствующие о наличии у света корпускулярных свойств. Таким образом, пришли к осознанию корпускулярно-волнового дуализма света: в одних ситуациях свет ведет себя как волна, а в других ситуациях – как поток частиц (фотонов).
В 1924 г. французский физик Луи де Бройль распространил идею о двойственной корпускулярно-волновой природе света на все материальные объекты, введя представление о волнах, названных волнами де Бройля. Все частицы, обладающие импульсом, обладают также и волновыми свойствами, и их движение сопровождается некоторым волновым процессом. Де Бройль установил закон, связывающий длину волны частицы с её импульсом:
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15,
где р – импульс, h – постоянная Планка.
В дальнейшем были открыты явления дифракции электронов, других элементарных частиц и даже атомов, причем длины волн соответствовали формуле Де Бройля.
Такая двойственная природа совершенно необъяснима с точки зрения классической физики. Интерпретация «неклассического» поведения микрообъектов дана была Вернером Гейзенбергом. Он указал на необходимость отказа от представлений об объектах микромира, как об объектах, движущихся по строго определённым траекториям, для которых однозначно, с полной определенностью могут быть одновременно указаны и координата, и импульс частицы, в любой момент времени. Исходя из созданного им математического аппарата квантовой механики, Гейзенберг установил следующий закон:
произведение неопределенности в значении координаты на неопределенность в значении соответствующей компоненты импульса не может быть меньше, чем величина постоянной Планка
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15.
Чем точнее определена одна величина (например, HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15), тем больше становится неопределённость другой (HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15). Данный закон получил название принципа неопределенностей. Из него следует, что понятие траектории для микрообъектов теряет смысл.
Анализируя соотношение неопределенностей, Н. Бор сформулировал принцип дополнительности, согласно которому точная локализация микрообъекта в пространстве и времени и точное применение к нему динамических законов исключают друг друга. Бор показал, что из-за соотношения неопределенностей корпускулярная и волновая модели описания микрообъектов не входят в противоречие друг с другом, потому что никогда не могут предстать одновременно.
В зависимости от эксперимента микрообъект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга, и в то же время должны быть рассмотрены как дополнительные друг другу.
Одним из первых достижений новой механики, получившей название квантовой, стало построение теории атома. Еще в 1911 г. знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд предложил модель атома, которая получила название планетарной (по аналогии с моделью Солнечной системы). Предварительно в ходе экспериментов совместно с его учениками Г. Гейгером и Э. Марсденом, было обнаружено, что в атомах существуют ядра – положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами самого атома, но в которых сосредоточена почти вся атомная масса. Однако планетарная модель атома Резерфорда обнаружила существенный недостаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любая частица, имеющая электрический заряд и движущаяся с ускорением, обязательно должна излучать электромагнитную энергию. Но в этом случае электроны в атоме очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. С этой точки зрения, необычайная устойчивость атомов была непонятной.
Разрешение возникших противоречий выпало на долю Н. Бора.
Он разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома, опираясь на гипотезу Планка. В основе этой теории лежали следующие постулаты:
- в любом атоме существуют стационарные дискретные состояния, находясь в которых атом энергию не излучает;
-при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию (квант) энергии.
В рамках этой модели удалось объяснить многие характерные особенности излучения атомов. Однако полное строгое описание строения любых атомов оказалось возможным только после создания Гейзенбергом и Шредингером математического аппарата квантовой механики.
Другое революционное направление развития физики, возникшее в начале XX века, - это пересмотр категорий пространства, времени, а затем и создание новой теории тяготения. Важной частью классической электромагнитной картины мира было понятие эфира. Считалось, что для распространения электромагнитных волн нужна среда, подобно тому, как для распространения звуковых волн нужен воздух или другая упругая среда. Уравнения Максвелла считались справедливыми в любой системе отсчета, покоящейся относительно эфира. В 1890 году Г. Герц предпринял попытку описать электромагнитные явления в движущихся средах. Возник вопрос, увлекается ли эфир за собой движущимися телами? По аналогии с гидродинамикой ответ на этот вопрос считали положительным. Однако в 1881 г. и повторно в 1887 А. Майкельсон поставил эксперименты по измерению скорости движения Земли относительно эфира (т.е. эфирного ветра). Оказалось, что движение Земли не влияет на скорость света.
Это противоречие было преодолено в релятивистской механике (специальной теории относительности), созданной трудами Г. Лоренца, А. Пуанкаре, А. Эйнштейна, Г. Минковского. В дальнейшем А. Эйнштейн создал новую теорию тяготения (общую теорию относительности), в основе которой лежал экспериментальный факт равенства инертной массы (входящей во второй закон Ньютона) и гравитационной массы (входящей в закон всемирного тяготения). Такой подход в итоге позволил трактовать тяготение как искривление пространства – времени. Классическая механика Ньютона стала частным случаем теории относительности применительно к небольшим скоростям тел при их движении в постоянном гравитационном поле.
Третьей физической теорией, разрешившей часть противоречий классической физики, стала статистическая физика. Законы термодинамики представляли собой обобщения многочисленных наблюдений и выполнялись независимо от природы конкретных тел, образующих систему. Статистическая физика стала рассматривать законы движения отдельных частиц, из которых состоят тела, что позволило обосновать термодинамику и выяснить границы ее применения. Еще в XIX веке удалось разработать кинетическую модель идеального газа, найти закон распределения молекул газа по скоростям, создать теорию реального газа. Важнейшим результатом оказалось статистическое обоснование второго начала термодинамики, в частности, толкование энтропии как меры вероятности осуществления какого-либо состояния. Первоначально в динамике энтропия рассматривалась как мера необратимого рассеяния энергии. Равновесное состояние оказалось наиболее вероятным состоянием, поэтому второе начало термодинамики стало интерпретироваться как закон природы, описывающий переход изолированных систем от состояния менее вероятного к более вероятному. Завершил построение статистической физики Дж. У. Гиббс, активно используя аппарат теории вероятностей.
Таким образом, прежняя классическая физика уступило место новым, квантово-релятивистско-статистическим представлениям о физической реальности.
1.6. Научно-техническая революция второй половины XX века.
Новые явления и процессы, имевшие место в развитии естествознания в первой половине XX века, подготовили уникальное в истории общества событие, получившее наименование научно технической революции (НТР). Естественнонаучные и технические революции, имевшие место в истории общества, никогда ранее не совпадали, не сливались в единый поток. Они происходили порознь. Особенностью второй половины XX века стали революции в естествознаний и в технике, глубоко связанные между собой.
Современной научно-технической революции предшествовал своеобразный подготовительный период, относящийся к первой половине XX века. Именно в этот период были сделаны важные естественнонаучные открытия, заложившие фундаментальные основы последующего грандиозного научно-технического переворота. Среди естественнонаучных направлений, в значительной степени определивших наступление НТР, были атомная физика и молекулярная, биология.
Важной вехой в драматической истории атомного века стало экспериментальное наблюдение в конце 30-х гг. немецкими физиками О. Ганном и Ф. Штрассманом процесса деления ядер урана и объяснение этого явления в работе Л. Майтнер и О. Фриша. Стало ясным, что физикам удалось осуществить цепную ядерную реакцию, которая может привести к ядерному взрыву с выделением огромной энергии. Это открытие привело в середине 40-х годов к созданию в США первой атомной бомбы.
Советский Союз во второй половине 40-х годов предпринял беспрецедентные усилия для создания собственной атомной бомбы. При этом вклад отечественных ученых в решение проблем атомной физики оказался достаточно весомым. Именно в СССР создали первую термоядерную бомбу и запустили в эксплуатацию первую в мире атомную электростанцию.
XX век принёс громадные достижения в области молекулярной биологии. На основе полученных данных о структуре живого вещества удалось воссоздать строение ряда белков и полипептидных гормонов, а также синтезировать некоторые менее сложные вещества. Химия белков выдвинулась на передний край науки, а раскрытие в середине 50-х годов структуры ДНК (дезоксиритонуклеиновой кислоты) послужило началом интенсивных исследований в химии и биологии. Наибольших успехов биологическая наука достигла в последние десятилетия, когда она сумела заглянуть внутрь живой клетки и понять биологические механизмы на уровне молекулярных взаимодействий.
Первый этап НТР начался в середине XX века и продолжался примерно до середины 70-х гг. Основными техническими направлениями этого этапа стали атомная энергетика, ракетно-космическая техника, электронно-вычислительная техника. Со второй половины 70-х гг. начался второй этап НТР, продолжающийся до сих пор. Важными характеристиками этого этапа стали лазерные технологии, информационные технологии, биотехнологии, гибкие автоматизированные производства. С 1986 года началась новая эра в исследовании явления сверхпроводимости, положившая начало высокотемпературной сверхпроводимости. Для четырехкомпонентного керамического вещества на основе оксидов меди была достигнута критическая температура 37 К. Затем её удалось последовательно повысить до 40,52,70,92 и даже свыше 100 К. В 1993 году обнаружены сверхпроводящие свойства металлооксидного вещества при температуре около 170 К. Применение сверхпроводников позволит существенно сократить рассеяние энергии в различных электрических целях, в частности, при электропередаче, где потери энергии составляют в настоящее время около 20% .
Важной характеристикой второго этапа НТР стала невиданная ранее информатизация общества на основе персональных компьютеров и Всемирной системы «Интернет». Ещё одним направлением второго этапа стали исследования в области физики полупроводниковых наноструктур. Они заложили основы создания принципиально новых информационных и коммуникационных технологий. Достигнутые успехи в этих исследованиях были отмечены в 2000 году Нобелевской премией по физике, которую разделили российский учёный Ж.И. Алферов и американские ученые Г. Кремер и Дж. Килби.
Конец XIX века ознаменовался небывалыми успехами в расшифровке генетической основы человека. В 1990 году стартовал международный проект «Геном человека», поставивший целью получение полной генетической карты Homo sapiens. В этом проекте принимают участие более двадцати наиболее развитых в научном отношении стран, включая и Россию. Летом 2000 года средства массовой информации сообщали: американские ученые успешно завершили подготовку полного текста генома человека, т.е. всей совокупности его генов, состоящей примерно из 3 млрд «букв» - пар нуклеотидов. В 2003 году опубликован окончательный текст генома человека, допускающий не более одной ошибки га 10 тысяч пар нуклеотидов. Информация о геноме человека открыта и доступна для ученых всего мира. По международному соглашению в этой работе нет приоритета конкретных авторов – результаты принадлежат всему человечеству. Это – уникальный пример сотрудничества ученых многих стран для достижения эпохальной цели.
Наиболее важный практический результат исследований генома человека – это молекулярная медицина, т.е. генная диагностика болезней, их профилактика и генотерапия. Каждый человек обладает уникальным геномом: мы отличаемся друг от друга приблизительно одной позицией нуклеотидов из тысячи. Изучение генного разнообразия может дать ключ к пониманию уникальности личности, роли наследственности в интеллектуальных возможностях и чертах характера. В обозримом будущем станет возможным создание генетического паспорта каждого человека.




Контрольные вопросы:
1. Что представляет собой картина мира?
2. Какие представления о мире были в античности?
3. Назовите основные принципы атомистического учения о природе, обоснованные Демокритом.
4. В чем состоит геоцентрическая картина мира?
5. Сформулируйте основные положения гелиоцентрической модели устройства мира.
6. Какова роль Галилея в истории естествознания?
7. В чем заключается принцип лапласовского детерминизма?
8. Какой новый вклад в картину мира внесла электромагнитная теория Фарадея-Максвелла?
9. Каково значение книги Дарвина «Происхождение видов»?
10. Что такое научная революция? С чего она обычно начинается, чем сопровождается и чем заканчивается?
11. Кратко сформулируйте суть третьей научной революции.
12. В чем состоят особенности четвертой научной революции?


Примерные темы рефератов:
1. Гелиоцентрическая картина мира.
2. От физики Ньютона к физике Максвелла.
3. Астрология: мифы и реальность.
4. Античная наука. Физика Аристотеля.
5. Наука средних веков в Западной Европе, Византии, Арабском Халифате.


Тестовые задания:
1. Кто из отмеченных мыслителей первым высказал мысль о шарообразности Земли?
1. Пифагор.
2. Аристотель.
3. Коперник.
4. Птолемей.

2. Кто впервые предложил геоцентрическую систему строения мира?
1. Платон.
2. Аристотель.
3. Птолемей.
4. Коперник.

3. Какая система мира изложена К.Птолемеем в труде «Альмагест»?
1. Пироцентрическая.
2. Гелиоцентрическая.
3. Геоцентрическая.
4. Континуальная.

4. Какая картина мира создана трудами М.Фарадея и Дж.Максвелла?
1. Полицентрическая.
2. Механическая.
3. Современная.
4. Электромагнитная.

5. Кто первым высказал мысль о бесконечности Вселенной и возможности существования внеземных цивилизаций?
1. Аристотель.
2. Бруно.
3. Коперник.
4. Ньютон.





















HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER141HYPER15



опыт, эксперимент

гипотеза

следствия из гипотезы

опытная проверка

теория или закон




Приложенные файлы

  • doc file9
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 3