Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Отечественные ученые XX века и их роль в формировании естествознания (А.А. Фридман, В.И. Вернадский, А.И. Опарин, К.Э. Циолковский и др.) 2
• 2. Основные виды материи: вещество и поле 4
• 3. Основные принципы современной физики: принцип дополнительности 6
• 4. Основы термодинамики 8
• 5. Эволюционная химия: общая характеристика, проблемы 9
• 6. Человек как объект естествознания 11
• 7. Влияние техногенной цивилизации на изменение климата Земли 12
• Список использованной литературы 15

1. Отечественные ученые XX века и их роль в формировании естествознания (А.А. Фридман, В.И. Вернадский, А.И. Опарин, К.Э. Циолковский и др.)

Естествознание - система наук о природе, совокупность естественных наук, взятая как единое целое. Естествознание - одна из трёх основных областей человеческого знания (вместе с науками об обществе и мышлении). Предметом естествознания являются различные виды материи и формы их движения, проявляющиеся в природе, их связи и закономерности, основные формы бытия. Слово «естествознание» представляет собой сочетание двух слов - «естество» (природа) и «знание». В настоящее время под естествознанием понимают формализованное (физико-математическое) и неформализованное содержательное (например, биология, химия, география), конкретное (например, антропология) естествознание, т.е. точное знание о всем, что действительно есть во Вселенной или, возможно, есть во Вселенной.

Вклад в формирование естествознания внесли такие ученые, как А.А. Фридман, В.И. Вернадский, А.И. Опарин, К.Э. Циолковский и др.

Советский геофизик и математик А.А. Фридман установил, что Вселенная никак не может быть стационарной. Фридман сделал это открытие, опираясь на сформулированный им космологический принцип, строящийся на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной.

А.А. Фридман доказал, что уравнения Эйнштейна имеют решения, согласно которым Вселенная может расширяться либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

В.И. Вернадский, российский естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель. Основоположник комплекса современных наук о Земле - геохимии, биогеохимии, радиогеологии, гидрогеологии и др. Идеи Вернадского сыграли выдающуюся роль в становлении современной научной картины мира. В центре его естественнонаучных и философских интересов -- разработка целостного учения о биосфере, живом веществе (организующем земную оболочку) и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность, научная мысль становятся определяющим фактором развития, мощной силой, сравнимой по своему воздействию на природу с геологическими процессами. Учение Вернадского о взаимоотношении природы и общества оказало сильное влияние на формирование современного экологического сознания. Развивал традиции русского космизма, опирающегося на идею внутреннего единства человечества и космоса.

А.И. Опарин сформулировал естественнонаучную концепцию, согласно которой возникновение жизни - результат длительной эволюции на Земле: сначала химической, затем биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля.

Согласно гипотезе А.И. Опарина о происхождении жизни на Земле, в воде было растворено огромное количество химических веществ, которые, вступая между собой в различные реакции на протяжении миллиардов лет, привели к образованию органического вещества. Гипотеза А.И. Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами.

К.Э. Циолковский при обсуждении картины мироздания заметил, что физики преисполнились гордостью за науку, нередко граничившей с самонадеянностью и высокомерием. Они (физики) перестали думать о физическом механизме явлений и сосредоточили все усилия на их математическом описании.

Мир по своей структуре (форме) является фрактальным, а по сущности электрическим, включая носителей сознания. Началом мироздания является электрический (положительный и отрицательный) заряд, но не масса. Установлено, что электрический заряд слагается из элементарных зарядов и подобен зерну в закромах. Вот почему понятие фрактала связывают с шероховатой поверхностью объектов макро- и микромира ввиду дискретности заряда. Вывод фрактальной физики о существовании Космического разума более важен для естествознания, чем для теологии, ибо открывает возможность решения главной проблемы - существования объективного мира. Только фрактальная физика составила эпитафию механицизму и мистицизму.

2. Основные виды материи: вещество и поле

Материя проявляется в существовании бесконечного многообразия систем, тесно связанных между собой.

Структурность и системность являются важнейшими атрибутами материи. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.

Под структурой материи понимают ее строение в микромире, существование в виде атомов, молекул, элементарных частиц и др.

Системность материи - это внутренне или внешне упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Основные формы материи часто делят на вещество и поле.

Такое деление имеет некоторый смысл, но оно ограничено. Под веществом понимают различные частицы и тела, которые обладают массой покоя. Поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. Поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. В структуре вещества все внутреннее пространство «занято» полями. Поля входят в структуру вещества. Квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной связи видно одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи. Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, поля же непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами, т.е. не являются сплошными материальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов, фотонов, мезонов и т.д. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких-то микроскопических шариков с абсолютно четко очерченными гранями. Частицы неотделимы от полей и не существует абсолютно резкой границы, где кончается частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц. И поле, и вещество обладают определенными физическими параметрами. Так, волна описывается длиной, фазой, амплитудой и их изменениями во времени и пространстве. Частица характеризуется иным набором параметров: спин, заряд, масса покоя, время жизни и ряд квантовых чисел.

3. Основные принципы современной физики: принцип дополнительности

В современной физике выделяют следующие принципы:

Принцип симметрии

Под симметрией понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-то материальных объектов. Асимметрия - понятие противоположное. Любой физический объект содержит элементы симметрии и асимметрии. В физике симметрия определяется следующим образом: если физические законы не меняются при определенных преобразованиях, которым может быть подвергнута система (физический объект), то считается, что эти законы обладают симметрией (или инвариантны) относительно этих преобразований. Симметрии делят на пространственно-временные и внутренние, последние относятся только к микромиру.

Принцип дополнительности

Принцип дополнительности является основополагающим в современной физике. Понятие дополнительности было введено в науку Н. Бором в 1928 г. Это было время становления квантовой механики. Трудно переоценить значение принципа дополнительности для развития наших представлений о мире и познания различных закономерностей. Мы практически всегда оперируем принципом дополнительности. Так, для характеристики многих физических процессов используется одновременно две величины. Например, при оценке движения материальной точки - координата точки и ее скорость. Одна величина как бы дополняет другую. Это характерно практически для любых движущихся материальных объектов. Так работает на практике принцип дополнительности.

Особенно ярко принцип дополнительности выступает в микромире. Все микрочастицы имеют дуалистическую корпускулярно-волно-вую природу. Инструментальные способы позволили обнаружить эту двойственность микрочастиц сначала у фотона, затем у электрона и других микрочастиц. Любое устройство для детектирования микрочастиц регистрирует их как нечто целое, локализованное в весьма малой области пространства. С другой стороны, можно наблюдать дифракцию и интерференцию этих же микрочастиц на кристаллических решетках или искусственно созданных препятствиях при их движении, то есть микрочастицы обладают выраженными волновыми свойствами.

Однако при оценке явлений окружающего нас мира мы находимся в плену наших макроскопических представлений. Поэтому наблюдатель, оценивая микропроцессы, должен, принимая без сомнения микрочастицы как локализованные объекты (частицы или корпускулы), одновременно «домысливать» их волновые свойства. Наблюдатель должен применять два дополняющих друг друга понятия. Только в совокупности этих двух наборов понятий информация о микропроцессах будет достоверной.

Таким образом, одна характеристика способна отразить только часть истины, а собрав противоречащие друг другу характеристики одного объекта, можно получить полную картину этого объекта. В общей форме принцип дополнительности можно сформулировать так:

В области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы должны быть выражены с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другой.

Принцип неопределенности Гейзенберга

Принцип неопределенности является фундаментальным законом микромира. Его можно считать частным выражением принципа дополнительности.

Принцип соответствия

Принцип соответствия можно сформулировать следующим образом: никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.

4. Основы термодинамики

Термодинамика - это наука о наиболее общих свойствах макроскопических тел и систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода из одного состояния в другое.

Классическая термодинамика изучает физические объекты материального мира только в состоянии термодинамического равновесия. Здесь подразумевается такое состояние, в которое с течением времени приходит система, находящаяся при определенных неизменных внешних условиях и определенной постоянной температуре окружающей среды. Для таких равновесных состояний понятие времени несущественно. Поэтому время в явном виде как параметр в термодинамике не используется. В первоначальном виде эта дисциплина называлась «механическая теория тепла». Термин «термодинамика» был введен в научную литературу в 1854 г. В. Томсоном. Равновесные процессы классической термодинамики позволяют также судить о закономерностях процессов, происходящих при установлении равновесия, то есть рассматривает пути к установлению термодинамического равновесия.

Вместе с тем термодинамика рассматривает условия существования необратимых процессов. Например, распространение молекул газа (закон диффузии) ведет в конце концов к равновесному состоянию, а обратный переход такой системы к первоначальному состоянию термодинамика запрещает.

Задачей термодинамики необратимых процессов сначала было изучение неравновесных процессов для состояний, не слишком сильно отличающихся от равновесного. Возникновение термодинамики необратимых процессов относится к 50-м гг. прошлого столетия. Она сформировалась на базе классической термодинамики, которая возникла во второй половине XIX в. В становлении классической термодинамики выдающуюся роль сыграли работы Н. Карно, Б. Клапейрона, Р. Клаузиуса и др. Прошло сравнительно много времени, прежде чем стало понятно, что классическая термодинамика является по существу термостатикой, а основополагающие уравнения Фурье- Ома--Фика и Навье--Стокса представляют собой элементы будущей термодинамики. Здесь следует назвать одного из пионеров нового направления в термодинамике - американского физика Л. Онсагера (Нобелевская премия 1968 г.), а также голландско-бельгийскую школу И. Пригожина, С. де Грота, П. Мазура. В 1977 г. бельгийскому физику и физику-химику русского происхождения Илье Романовичу Пригожину была присуждена Нобелевская премия по химии «за вклад в теорию неравновесной термодинамики, в особенности - в теорию диссипативных структур, и за ее применения в химии и биологии».

5. Эволюционная химия: общая характеристика, проблемы

В 60--70-е гг. XX в. появился четвертый способ решения основной проблемы химии, использующий в производстве материалов самые высокоорганизованные химические системы, какие только возможны в настоящее время. В основе этого способа лежит принцип использования таких условий, которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций, т. е. к самоорганизации химических систем. В сущности, речь идет об использовании химического опыта живой природы. Это своеобразная биологизация химии. Химический реактор предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения. Так появилась эволюционная химия как высший уровень развития химического знания.

Под эволюционными процессами в химии понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Поэтому эволюционную химию заслуженно считают предбиологией, наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

До последней трети XX в. об эволюционной химии ничего не было известно. В отличие от биологов, которые вынуждены были использовать эволюционную теорию Дарвина для объяснения происхождения многочисленных видов растений и животных, химики не интересовались вопросом происхождения вещества, потому что получение любого нового химического соединения всегда было делом рук и разума человека.

Первые шаги на пути изучения и освоения опыта живой природы были сделаны еще И.-Я. Берцелиусом, который установил, что в основе функционирования живого организма лежит биокатализ. Затем исследования в этой направлении велись учеными Ю. Либихом, П.Э.М Бертло и Н.Н. Семеновым. Их работы способствовали укреплению связи химии с биологией.

Постепенное развитие науки XIX в., приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке. Для освоения опыта живой природы и реализации полученных знания в промышленности химики наметили ряд перспективных путей.

Во-первых ведутся исследования в области металлокомплексного катализа, который обогащается приемами, используемыми живыми организмами в реакциях с участием ферментов (биокатализаторов).

Во-вторых, ученые пытаются моделировать биокатализаторы. Уже удалось создать модели многих ферментов, которые извлекаются из живой клетки и используются в химических реакциях. Но проблема осложняется тем, что ферменты, устойчивые внутри клетки, вне нее быстро разрушаются.

В-третьих, развивается химия иммобилизованных систем, благодаря которой биокатализаторы стали стабильными, устойчивыми в химических реакциях, появилась возможность их многократного использования.

В-четвертых, химики пытаются освоить и использовать весь опыт живой природы. Это позволит ученым создать полные аналоги живых систем, в которых будут синтезироваться самые разнообразные вещества. Таким образом, будут созданы принципиально новые химические технологии.

Изучение процессов самоорганизации в химии привело к формированию двух подходов к анализу предбиологических систем: субстратного и функционального.

6. Человек как объект естествознания

С давних времен многие мыслители пытались понять природу человека. Ее исследовали еще представители различных школ античной философии. Так, киники видели ее в естественном образе жизни и в ограничении желаний и материальных потребностей; Эпикур - в чувствах, общих у человека и животных; Сенека и стоики - в разуме и т.д.

Современная наука рассматривает человека как сложную целостную систему, соединяющую в себе природные и социальные компоненты. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, человек принадлежит природе, а с другой - социальному миру. А в целом он является предметом изучения различных наук. В нашем случае речь пойдет о человеке как предмете естествознания. Первый вопрос, на который следует ответить в таком аспекте, заключается в том, как биотический организм, принадлежащий к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид, превращается в человека - существо не только биотическое, но и социальное, в создателя и носителя культуры.

Появление человека стало закономерным результатом развития биосферы Земли.

Древнейшие люди появились около 1 млн. лет назад и прошли эволюцию от питекантропов к неандертальцам (появившимся около 200 тыс. лет назад) и далее к кроманьонцу - современному человеку, возникшему 40 - 50 тыс. лет назад.

В.И. Вернадский говорил, что человек не есть случайное, независимое от окружающего явление. Он составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет. Именно столько времени в биосфере шел процесс цефализации (развития мозга), и он никогда не обнаруживал движения вспять. В ходе этого процесса сформировался мозг, материальная основа разума. Полноценное проявление разума в биосфере присуще только человеку, так как лишь в его социальном развитии сформировалась, а затем ускоренно развивалась коллективная память - независимый от отдельного человека коллективный аппарат сбора, накопления, обобщения и хранения знания.

Хорошо развитый мозг, общественный характер труда привели к резкому уменьшению зависимости кроманьонца от внешней среды, к появлению абстрактного мышления и попыткам отражения окружающей действительности в художественных образах - наскальных рисунках, резьбе по дереву и кости, а также к появлению примитивных религий. После этого эволюция человека вышла из-под определяющего влияния биотических факторов и приобрела социальный характер.

7. Влияние техногенной цивилизации на изменение климата Земли

Климат (от греческого klima) - буквально наклон, подразумевается наклон земной к солнечным лучам. В современном понимании климат - это многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под многолетним режимом поверхности подразумевается совокупность всех условий погоды в данной местности за значительный период времени (несколько десятков лет) и типичная внутригодовая смена этих условий.

Нынешняя эпоха развития человечества - эпоха современной техногенной цивилизации - имеет ряд специфических черт и особенностей. Прежде всего это касается науки, так как она определяет успехи и достижения в познании мира и во всех иных сферах человеческой деятельности.

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время.

На изменение климата Земли влияет техногенная деятельность человека, выброс в атмосферу углекислого газа. Это, по некоторым теориям, задерживает тепловое излучение планеты, ведет к перегреву - наподобие парникового эффекта. Подтверждением служит то, что за 200 лет промышленного роста концентрация углекислого газа в воздухе возросла на треть, а за последнее столетие средняя температура на планете повысилась на 0,6 градуса. 1990-е годы стали самым жарким десятилетием минувшего века. За 100 лет температура в Северном полушарии выросла больше, чем за предыдущую тысячу лет. По прогнозам, при сохранении промышленного темпа к концу ХХI века человечеству грозит тотальное изменение климата - повышение температуры на 2-6 градусов и подъем Мирового океана на 1 метр.

Однако, опасно не потепление, а его внезапность. Скорость климатических изменений так высока, что не оставляет человеку времени приспособиться к новым условиям. Резкое изменение климата ведет к образованию разрушительных тайфунов и циклонов, которые участились в последние годы.

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов. Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ. Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться примерно на 50%.

Список использованной литературы

естествознание химия физика термодинамика

1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. -- 6-е изд., испр. и доп. -- М.: Издательский центр «Академия», 2006. -- 608 с.

2. Михайлов Л.А. Концепции современного естествознания: Учебн. пос. М.: Высш. школа, 1974. 264 с.

3. Новоженов В.А. Концепции современного естествознания: М.: Просвещение, 1984. 144 с.

Размещено на Allbest.ru