Концепции современного естествознания

· Дедукция - способ рассуждения, посредством которого из общих посылок следует заключение частного характера;

· Аналогия - прием познания, при котором на основе сходства объектов в одних признаках делается заключение (предположение) о сходстве в других признаках;

· Моделирование - изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели, замещающей оригинал) с определенных сторон, интересующих исследователя. Преимущество математического моделирования заключается в том, что есть возможность смоделировать процесс в гипотетических ситуациях, допуская состояния, которые могли бы быть опасными в реальности. Модель может использоваться для синтеза регулятора системы управления - определения какими переменными следует управлять и необходимого уровня управляющего воздействия. Любая модель - упрощение, с меньшим описанием деталей.

· Классификация - разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком.

· Статистический метод - позволяющий определить средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов. Для индивидуума определяются вероятностные характеристики.

Методология не может быть сведена к какому-то одному, даже «очень хорошему методу» и не является простой суммой отдельных методов. Все методы познания существуют как элементы единого процесса познания и используются в зависимости от условий и решаемых задач.

Методология - инструмент, вспомогательный фактор творческой деятельности человека. Познавательная деятельность включает в себя силу и гибкость ума ученого, глубину его воображения, развитость фантазии и интуиции, эвристические способности и т.д.

Действия в науке: собираются факты, на их основе рождаются гипотезы, гипотезы проверяются экспериментом, в результате получается надежное знание, расширяющее и углубляющее наше представление о мире.

Цепочка событий в познании: факт - обобщенный факт - эмпирический закон - теоретический закон - практика.

Знания приходят не только от накопления фактов. Наука часто начинается не с фактов, а с предвидения фактов, с идеи или озарения, с гипотезы. Откуда и как появляется гипотеза великая тайна. Плохая гипотеза ищет факты. К хорошей гипотезе факты сами находятся.

Этапы познания

1. Описание и обобщение фактов.

2. Установление связей и закономерностей.

3. Построение идеализированной модели.

4. Объяснение явлений из предметной области (включая случаи не представленные в явном виде) и предсказание новых закономерностей и явлений.

Научные знания не являются знаниями в абсолютном смысле. В науке не существует доказательств (за исключением чистой математики и логики), которые раз и навсегда устанавливают истинность теории.

Наука от описаний, систематизаций, объяснений познаваемых объектов все в большей степени переходит в производственную деятельность. Продукция приобретает наукоемкий характер. Научная информация становится своеобразным продуктом на мировом рынке. Ее цена определяется не шкалой культурных ценностей, а рыночными механизмами.

Этика в науке

Наука внеморальна. Научные истины и методы познания нейтральны в морально-этическом плане. Нравственные оценки относятся к деятельности по получению знания и к деятельности по применению знаний.

Галилео Галилей (1564-1642) - итальянский ученый и мыслитель дважды подвергался процессам инквизиции. После изобретения зрительной трубы (1608) он усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением (1610). Это позволило ему сделать ряд выдающихся открытий. Среди современников были и такие, которые высмеивали его. Способность телескопа увеличивать изображение называли преувеличение. Сообщение о пятнах на Солнце считали кощунством, обманом зрения, связанным с колебаниями воздуха. Что это? Зависть, ненависть или непонимание? И в современном обществе встречается такое.

Свобода мышления в науке крайне важна, в том числе свобода делать ошибки. Время все расставит на свои места. Печальный опыт борьбы с лженаукой и в нашей стране есть. На государственном уровне с известными последствиями, покалеченными судьбами велась борьба с генетикой, кибернетикой.

Древнегреческий философ Сократ в 399 до н.э. обвинен в «поклонении новым божествам» и «развращении молодежи» и приговорен к смерти. Заставили выпить чашу с ядом. В том же веке появились школы учеников Сократа, академия Платона. Для последующих эпох Сократ стал воплощением идеала мудреца.

В 1925 в Дейтоне (США) за преподавание теории Ч. Дарвина был осужден учитель Дж. Скопе («обезьяний процесс).

Чудачества возможны и среди вполне уважаемых в наши дни ученых.

К.Э. Циолковский трудился над идеей космических полетов для того, чтобы расселить ангелов по космосу. В чем имел множество единомышленников и последователей.

Из этических принципов ограничиваются эксперименты с человеческими зародышами, клонирование.

Знание - проверенный общественно-исторической практикой и удостоверенный логикой результат процесса познания действительности, адекватное её отражение в сознании человека в виде представлений, понятий, суждений, теорий. Отношение знания к действительности носит многоуровневый и сложный характер и развивается как в истории человеческой культуры, так и в процессе индивидуального развития личности.

Человек - высшая ступень живых организмов на Земле, субъект общественно-исторической деятельности и культуры. Обладает даром речи и мышления, способностью создавать орудия и пользоваться ими в процессе общественного труда.

Человек - есть живая система, представляющая собой единство физического и духовного, природного и социального, наследственного и прижизненно приобретенного.

Перед каждым вступающим в жизнь человеком простирается мир, в котором воплощена деятельность предшествующих поколений.

Классификация знаний

1. Научные Философские

2. Профессиональные

3. Обыденные

Религиозные

Иррациональные

Мистические и оккультные

Отличие науки и научных знаний от других видов культуры

От искусства наука отличается рациональностью, не останавливающейся на уровне образов, а доведенной до уровня теорий.

По сравнению с идеологией научные истины общезначимы и не зависят от интересов определенных слоев общества.

От философии науку отличает то, что ее выводы допускают эмпирическую проверку и отвечают не на вопрос «почему?», а на вопросы «как?», «каким образом?».

В отличие от техники наука, в основном, нацелена не на использование полученных знаний о мире для его преобразования, а на познание мира.

От обыденного сознания наука отличается теоретическим освоением действительности.

Наука отличается от религии тем, что рациональность и опора на чувственную реальность имеют в ней большее значение, чем вера.

В отличие от мифологии наука стремится не к объяснению мира в целом, а к формулированию законов развития природы, допускающих эмпирическую проверку.

Отличие науки от мистики заключается в стремлении не к слиянию с объектом исследования, а к его теоретическому пониманию и воспроизведению.

Наука отличается от магии. Факты магии из другого видения мира, из видения мира живым.

«Научные знания основываются на фактах. Религия и магия на вере.» На фактах основываются все. Разница: на каких фактах и как они толкуются.

Объем научной продукции (число ученых, публикуемых статей, открытий, наукоемких образцов техники) в последние 300 лет каждые 15 лет возрастал в е=2,7 раз. Принято было говорить об экспоненциальном развитии мировой науки как о закономерности. Но эволюция не может продолжаться по экспоненциальному закону бесконечно долго. В настоящее время заметен спад количества появляющейся действительно ценной научной информации, снижается доля фундаментальных научных исследований, наметилось замедление роста числа ученых и сокращение числа организуемых международных научных центров. Во всем мире сокращается государственное финансирование крупных научных проектов.

P.S. Аристотель отличает научное знание и от искусства, и от опыта, и от мнения. Научное знание есть знание о бытии. Предмет искусства - произведение вещей при помощи способности, определенной к действию. Сфера искусства - практика и производство. Сфера науки - созерцание предмета, теория, умозрение. У науки есть общее с искусством: как и искусство, знание способно быть сообщенным посредством обучения.

Вопросы для самоконтроля по Теме 4

1. Чем отличается наблюдение от эксперимента?

2. Чем отличаются эмпирические методы от теоретических?

3. Что такое модель и модельный эксперимент?

4. Классификация методов по уровню исследований.

5. Перечислите этапы познания.

7. Классификация всеобщих методов.

8. Являются ли научные знания абсолютными?

9. Как Вы понимаете этику в науке?

Словарь терминов по Теме 4

Сущность - философская категория, фиксирующая устойчивые и определяющие характеристики предмета, составляющие его природу, в отличие от меняющихся и вторичных его черт, присутствующих в его конкретном явлении.

Категории в философии - первопонятия, предельно общие, основополагающие понятия, классы, типы.

Бэкон Фрэнсис (1561-1626) лорд-канцлер, родоначальник английского материализма. В трактате «Новый органон» (1620) провозгласил целью науки увеличение власти человека над природой. Основа науки - эксперимент - опыт и обработка его посредством индукции.

Теория - стройная система обобщения научного знания, а также способ производства новых знаний.

Наука - сфера человеческой деятельности, функция которой - накопление и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности, включает деятельность по получению нового знания.

Гипотеза -- это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее проверки на опыте и теоретического обоснования для того, чтобы стать достоверной научной теорией.

Религия - (от лат. religio - набожность, святыня, предмет культа), мировоззрение и мироощущение, а также соответствующее поведение и специфические действия (культ), основанные на вере в существование в Бога или богов, сверхъестественного. Исторические формы развития религии: племенные, этнические, мировые (буддизм, христианство, ислам).

Мистификация (от греч. - посвященный в тайну), намеренное введение в заблуждение, обман с какой-либо целью.

Магия (от греч mageia - волшебство, колдовство) - обряды, связанные с верой в сверхъестественную способность человека (мага, шамана, колдуна) воздействовать на людей и явления природы.

Суеверие - (суетное, тщетное, ложное) с рационалистической точки зрения всякая вера в сверхъестественные силы.

Этика - (греч. - обычай, нрав, характер) -философская дисциплина, изучающая мораль, нравственность. Центральная проблема для этики - проблема добра и зла.

Мораль - (от лат. moralis - нравственный) нравственность, система норм и ценностных представлений, определяющих и регулирующих поведение человека. В отличии от обычая или традиции, нравственные нормы имеют обоснование в виде идеалов добра и зла, должного, справедливости. В отличие от права, исполнение требований морали определяется лишь формами духовного воздействия (одобрения или осуждения).

Теология - (от греч theos - бог) богословие, совокупность религиозных доктрин и учений о сущности и действии Бога, построенная на основе текстов, принимаемых как божественное откровение. О теологии принято говорить применительно к иудаизму, христианству и исламу.

ТЕМА 5. Эволюция науки

Наука, цели науки. Возникновение науки. Разрушение мифологических систем. Научные обществ и академии 17 века. Наука на рубеже 19-20 веков. Естествознание в международном сообществе (всемирный обмен).

Наука, цели науки

Понятие Наука включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности - сумму полученных к данному моменту научных знаний, образующих в совокупности научную картину мира.

Цели науки - описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет её изучения на основе открываемых ею законов.

Возникновение науки

Элементы научного знания начали формироваться в древних государствах: Египет, Китай, Индия. Возникновение науки относят к 6 веку до н.э., в Древней Греции. Для её возникновения был необходим определенный уровень развития производства.

С 6 в. до н.э. - 2 в. до н.э. зародились идеи об атомном строении вещества, разработана геоцентричная система мира, установлены простейшие законы статики (правило рычага), открыты закон прямолинейного распространения и закон отражения света, сформулированы начала гидростатики (закон Архимеда), наблюдались простейшие проявления электричества и магнетизма.

Разрушение мифологических систем

Формирование науки требовало разрушение мифологических систем. Характерный пример: польский астрономом и мыслителем Николай Коперник (1473-1543) разработал гелиоцентрическую систему мира в труде «О вращениях небесных тел» (1543). Теория и наблюдения Коперника на уровне обыденного сознания воспринималась как занимательная фантазия. Система принята с 1828 года после снятия запрета католической церкви. Учение Коперника было запрещено в 1616, а его книга внесена в инквизиционный «Индекс запрещенных книг». Идея гелиоцентризма высказывалась мыслителями еще до нашей эры, но таких гонений не было. Теория Коперника убирала вековое представление о центре вращения во Вселенной. Но проблемы с календарем, с ориентацией мореплавателей оставались. Коперник принял круговое равномерное движение небесных тел и центральное положение Солнца во вселенной. Развитие и уточнение его теории - заслуга ученых следующего поколения. Один из них Джордано Бруно, монах одного из неаполитанских монастырей. Он выдвинул и обосновал концепцию множественности планетарных систем. Отверг замкнутую сферу звезд, разделил небесные тела на самосветящиеся и отражающие солнечный свет. Бруно принадлежит эскиз современной картины вечной, никем не сотворенной, единой бесконечной развивающейся Вселенной, с бесконечным числом очагов Разума в ней. Великий мыслитель был обвинен в ереси и сожжен инквизицией на площади Цветов в Риме 17 февраля 1600 года. Спустя почти три столетия на этом месте воздвигнут памятник. Была гипотеза, что Солнце движется по окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца. Тихо Браге (1546-1601), датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воинским подвигам, а служению богине Неба - Урании. Его первое выдающееся открытие сделано в 1572 году. Он наблюдал за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи. Его наблюдения более двух десятков лет, очень точные для того времени, не подтвердили его гипотезу. Но их обработка немецким ученым Иоганном Кеплером (1571-1630) дала три закона движения планет: 1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; 2. Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает одинаковые площади. 3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Законы Кеплера - пример пассивного эксперимента и математической обработки его результата. В молодости Кеплер был глубоко верующий человек и увлекался астрологией.

В Советском Союзе были гонения на генетиков. Николай Иванович Вавилов (1887-1943) биолог, генетик, основоположник современного учения о биологических основах селекции. Собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений. Академик АН СССР с 1929. Репрессирован в 1940 году, умер в тюремной больнице.

Лысенко Тимофей Денисович (1898-1976), агроном, академик АН УССР (1934), АН СССР (1939) создатель псевдонаучной концепции наследственности, изменчивости и видообразования. Отрицая классическую генетику как «идеалистическую» и «буржуазную», утверждал возможность наследования приобретенных признаков, «перерождение» одного вида в другой. Деятельность Лысенко поддерживалась И.В. Сталиным, а учение и практические рекомендации Лысенко, сулившие быстрое решение продовольственной проблемы, внедрялись административно. С 1957 опирался на поддержку Н.С. Хрущева. В результате были разгромлены научные школы в генетике, затормозилось развитие биологии и сельского хозяйства.

Генетика и кибернетика в СССР долгое время официально на уровне правительства считались лженауками и были запрещены все исследования в этих областях.

Научные общества и академии 17 века

Для античного мышления характерно наблюдение как основной способ получения знаний. Наука 17 века стала опирается на эксперимент и аналитическое мышление. Основное достижение 17 века - создание классической механики. Первоначально науки формировались по предметному принципу. С середины 17 века в Европе начали образовываться научные общества и академии, началось издательство научных изданий.

Впервые термин «академия» использован Платоном для названия своей философской школы 387 лет до н.э. Слово «академия» происходит от имени мифологического героя Академа, в честь которого названа местность близ Афин, где и находилась школа Платона. (Академ - афинский герой, указавший Диоскурам, где была спрятана их сестра Елена, похищенная Тесеем. Считается что Академ похоронен в священной роще близ Афин. Диоскуры - близнецы, сыновья Зевса).

Кардинал Ришелье в 1635 г поставил задачу перед французской академией гуманитарных знаний: создать словарь родного языка и описать его грамматику.

Российская академия - научный центр по изучению русского языка и словесности в Санкт-Петербурге 1783-1841. Ее членами были Д.И.Фонвизин, Г.Р.Державин, В.А.Жуковский, А.С.Пушкин. Выпустила Толковый словарь русского языка в 1789-1794.

Российская Академия Наук (РАН) ведет историю от Петербургской академии наук, основанной в 1724 Петром I. При академии в 1839 основана Пулковская обсерватория.

Объем научной деятельности с 17 века удваивается примерно каждые 10-15 лет (рост открытий, научной информации - публикаций, числа научных работников).

Наука на рубеже 19-20 веков

На рубеже 19-20 веков возникают научные институты и лаборатории с мощной технической базой. Научные дисциплины условно делятся на естественные, общественные, гуманитарные и технические. Подразделяют науки на фундаментальные и прикладные. Задача фундаментальных наук - познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества и мышления. Задача прикладных наук - применение результатов фундаментальных наук для решения практических проблем.

К 1-й половине 19 века были накоплены фактические данные о макроскопических свойствах твердых тел и установлены эмпирические законы поведения тел под влиянием механических сил, температуры, электрических и магнитных полей, света. Открыт закон сохранения энергии, связавший воедино все явления природы.

Во второй половине 19 века изучение электромагнитных явлений завершилось созданием Максвеллом классической электродинамики.

Новый этап в развитии физики связан с открытием английским физиком Джозефом Джоном Томсоном в 1897 году электрона.

В начале 20 века стало ясно, что электродинамика требует коренного пересмотра представлений о пространстве и времени, лежащих в основе классической механика. Создана квантовая или волновая механика.

Создание ускорителей заряженных частиц позволило изучить различные ядерные реакции. Открыто деление атомного ядра, освобождена ядерная энергия с помощью цепной реакции деления.

Успехи физики полупроводников совершили переворот в технике и радиотехнике.

На национальном уровне наукой в первую очередь решаются важные для той или иной страны задачи. Достижения этого уровня являются предметом национальной гордости. Они (достижения) определяют конкурентоспособность продукции данного государства в мире.

В большинстве стран мира существуют национальные Академии Наук. Создание национальных академий способствовало ускорения развития науки, которая стала результатом труда не только гениев-одиночек, а в большей степени творчества научных коллективов.

Российская Академия Наук (РАН) самоуправляемая научная организация, находящаяся на бюджетном финансировании. Объединяет 18 отделений по отраслям и направлениям наук: математики; общей физики и астрономии; ядерной физики; физико-технических проблем энергетики; информатики, вычислительной техники и автоматизации; проблем машиностроения, механики и процессов управления; общей и технической химии; физикохимии и технологии неорганических материалов; биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений; физиологии; общей биологии; геологии, геофизики и геохимии и горных наук; океанологии, физики атмосферы и географии; истории; философии и права; экономики; мировой экономики и международных отношений; литературы и языка. В 2002 году в РАН входили около 500 действительных членов, около 700 членов-корреспондентов, около 150 иностранных членов. (Академик-звание члена академии, они избираются). В структуру РАН входят около 300 научных учреждений, научно-исследовательский флот. Одна из функций РАН - международные научные связи.

Самоуправляемыми с бюджетным финансированием являются Российская академия медицинских наук (РАМН, 1991), Российская академия образования (РАО, 1991), Российская академия естественных наук (РАЕН, 1990).

Для современной науки становиться характерным переход к проблемной ориентации. Актуальный пример, исследования проблем охраны природы системно проводят технические науки, биология, медицина, экономика, математика и др.

Естествознание в международном сообществе (всемирный обмен)

В прошедшем столетии наука становится интернациональной, исследования ведут не отдельные ученые, а коллективы. Наиболее известные центры в Кембридже, Геттингене, Копенгагене.

Мировой уровень науки формируется из достижений конкретных ученых и научных коллективов. Научные достижения становятся достоянием всего человечества по публикациям научных работ в национальных и международных изданиях, при обсуждении проблем на различных международных собраниях ученых (конгрессы, конференции, симпозиумы). Увеличивается число исследовательских программ, направленных на решение глобальных проблем человечества, финансируемых международными научными организациями.

Процесс юридического оформления глобального международного научного обмена начался в 19 веке с установления единых мировых систем мер и весов. В 1872 году была создана Международная метрическая комиссия (Международный комитет мер и весов). В 1875 году 17-ю государствами, в том числе и Россией, была принята международная конвенция, вводящая метрическую систему единиц измерения физических величин. В России организатор (1893) и первый директор Главной палаты мер и весов - Дмитрий Иванович Менделеев (ныне НИИ метрологии имени Д.И. Менделеева).

Первым был согласован и изготовлен эталон метра из сплава платины и иридия (метр - одна десятимиллионная доля четверти парижского меридиана), а затем изготовлена 31 копия из такого же сплава. Эти копии были распределены между государствами, подписавшими метрическую конвенцию. Они служили государственными первичными эталонами. Международное бюро мер и весов (г. Севр, Франция) хранит первичные международные эталоны метрической системы единиц, поддерживает международное единство мер и измерений, ведет метрологические исследования.

Негативный пример: США и Великобритания в октябре 1999 года отправили на Марс космический корабль стоимостью 129 миллионов долларов. Корабль не достиг Марса. Навигационная система разрабатывалась совместно. Но почему-то не учли, что американская миля и английская миля немного отличаются.

В 1960 году 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам принята Международная система единиц (международное сокращенное наименование SI, в русской транскрипции СИ - Система Интернациональная), имеющая семь основных единицах: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела -- и две дополнительные: радиан и стерадиан.

Метр (L, m, м) - длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 с (с 1983). Государственный первичный эталон метра воспроизводится со средним квадратическим отклонением, не превышающим 5•10^-9 метра.

До 1960 года международным эталоном метра была штриховая мера длины (брусок из платиноиридиевого сплава, который хранился в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).

Килограмм (М, kg, кг) -- масса, равная массе международного прототипа килограмма, (цилиндра, сделанного из платиноиридиевого сплава и хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа, 1889). Относительная погрешность сличения с прототипом эталонов-копий не превышает 2•10^-9.

Секунда (T, s, с) -- время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (резолюция 13-й Генеральной конференции по мерам и весам 1967 года). Государственный эталон времени и частоты воспроизводит единицу времени и частоты с относительной погрешностью ±1•10^-11.

Производные единицы СИ образуют с помощью уравнений связи между величинами. Пример - Единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость равномерно и прямолинейно движущейся материальной точки V=S/t , где V - скорость, S -- длина пройденного пути, t -- время движения материальной точки. Подстановка вместо S и t обозначений их единиц СИ дает m/s (м/с).

Организованная в 1899 Ассоциация Национальных Академий преобразована в 1931 в Международный Совет Научных Союзов - международную неправительственную научную организацию по естествознанию и точным наукам. Ее цель - организация международных научных программ. Одна из таких программ «Человек и биосфера» действует с 1971 года. Цель программы проведение междисциплинарных исследований для решения общей проблемы сохранение устойчивости биосферы. В программе участвуют ученые из 110 государств.

ЮНЕСКО (UNESCO)- Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, создана в 1946 г на конференции министров образования ведущих стран мира. Место пребывания - Париж. Объединяет на правительственном уровне 186 государств (1998). Целью ЮНЕСКО является содействие миру и безопасности путем развития сотрудничества между государствами в области просвещения, науки и культуры. Один из девизов ЮНЕСКО : «Будущее за теми странами, которые смогут превзойти другие в освоении новых знаний, систем управления, научных достижений и их трансформации в новейшие технологии и продукцию».

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ, 1957, Вена) Основные задачи: контроль за нераспространением ядерных материалов; координация научно-исследовательских работ в области атомной энергетики; разработка принципов и координация деятельности государств по утилизации радиоактивных отходов. В 1998 объединяло более 100 государств.

Международный союз по охране природы и природных ресурсов. Он издает «Красные книги» видов растений и животных, находящихся под угрозой исчезновения.

Международные научные организации, с помощью которых осуществляются международные научные проекты и всемирный обмен научными знаниями:

Всемирная метеорологическая организация;

Всемирная организация здравоохранения;

Всемирная организация интеллектуальной собственности;

Международная организация по стандартизации;

Международные научные коллективы работают как в национальных лабораториях какой-либо страны, так и в специально созданных международных центрах.

CERN (ЦЕРН) - Европейская организация ядерных исследований (г. Женева, Швейцария) создана в 1954 году 19-ю европейскими государствами (Франция, Германия, Великобритания, Бельгия, Греция, Дания, Италия, Норвегия, Швеция, Швейцария, Нидерланды, Австрия, Испания, Португалия, Финляндия, Польша, Венгрия, Чехословакия (Чехия и Словакия), Болгария). Первый ускоритель - протонный синхроциклотрон строился с 1954 по 1957 год. ЦЕРН имеет комплекс самых мощных и дорогих ускорителей частиц. Более половины физиков, занимающихся изучением элементарных частиц, принимают участие в его экспериментах. Статус наблюдателей имеют США, Российская Федерация, Япония, Индия, Турция, Израиль. Россия начала сотрудничество с ЦЕРН с 1960 года в изготовлении оборудования и в проведении экспериментов. Сейчас в его работе участвуют 720 российских ученых, 12 предприятий, институтов и ядерных центров. В 2000 году начато строительство Большого адронного коллайдера.

ЦЕРН создан для поиска ответов на фундаментальные вопросы мироздания: что такое вещество; откуда оно появилось; как рождались Вселенная, звезды, планеты; куда исчезла антиматерия; почему все имеет массу (мера инерции).

Вопросы для самоконтроля по Теме 5

1. Что входит в определение науки? Цели науки.

2. Где и когда возникла наука, при каких условиях?

3. Расскажите о происхождении слова «академия».

4. Опишите международный эталон килограмма.

4. Задача и пути международного научного обмена.

5. Вопросы, для поиска ответов на которые создан CERN (ЦЕРН).

Словарь терминов по Теме 5

Наука включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности - сумму полученных к данному моменту научных знаний, образующих в совокупности научную картину мира.

РАН - Российская Академия Наук, ведет историю от Петербургской академии наук, основанной Петром I в 1724.

Международное бюро мер и весов (г. Севр, Франция, 1872) хранит первичные международные эталоны метрической системы единиц (SI), поддерживает международное единство мер и измерений, ведет метрологические исследования.

ЮНЕСКО (UNESCO)- Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, создана в 1946.

ЦЕРН (CERN) - Европейская организация ядерных исследований (г. Женева, Швейцария) создана в 1954 году 19-ю европейскими государствами.

МАГАТЭ - Международное агентство по атомной энергии, 1957, Вена.

ТЕМА 6. Математика как инструмент в познании мира

естествознание познание наука культура

Математика, её роль в познании. История математики: зарождение (Александрия, Вавилон, Древняя Греция, Индия, Китай), становление (Средняя Азия и Ближний Восток с 9 по 15 век), возрождение (Западная Европа с 12 по 15 век), развитие 16 век, бурное развитие математики и естественных наук с 17 века.

Математика (греч - знание, наука) наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира.

Математика с помощью формул позволяет описать реальный мир, ее законы. Она является своеобразным языком, без которого не в состоянии изъяснятся ни один естествоиспытатель.

Математические методы позволяют перейти в процессе познания на более высокую и качественную новую ступень. Абстрактность математики не означает её отрыва от материальной действительности. Полученные при помощи математического анализа следствия (предсказания) осуществляются в действительности. Компьютеры повысили возможности численных методов для решения практических задач и исследований, связанных с обработкой статистической информации.

История математики

Зарождение математики связано с удовлетворением простых запросов хозяйственной жизни: счет предметов, измерение количества продуктов и площадей земельных участков, размеров архитектурных сооружений, измерение времени и длины дороги (арифметика, геометрия, алгебра). Астрономия и навигация требовали развития тригонометрии

Ясное понимание самостоятельности положения математики как особой науки, имеющей собственный предмет и метод, стало возможным только после накопления достаточного большого фактического материала и возникло впервые в Древней Греции (Эллада).

Аристотель (384-322 до н.э., «Метафизика»): «математические искусства были созданы прежде всего в Египте, ибо там было предоставлено жрецам время для досуга». Говоря современным языком для науки необходимо финансирование (государственное, коммерческое).

Александрия (Аль-Искандария) город и порт в Египте, на Средиземном море. Основан в 332-331 до н.э. Александром Македонским. В период с 305 - 30 до н.э. столица Египта и центр эллинистической культуры. Александрийский мусейон (греч. museion - храм муз) центр науки и культуры древности (арифметика, геометрия - вычисление площадей и объемов, р=(16/9)² =3,16 , астрономия). На протяжении 7 веков Александрия являлась центром научных и математических исследований. Со своим «музеем» и государственном покровительстве стала первым научно-исследовательским институтом. При нем в начале 3 века до н.э. основана Александрийская библиотека - крупнейшее в древности собрание рукописных книг (до 700 тысяч томов). Часть сгорела в 47 до н.э., часть уничтожена в 391 н.э. во время междоусобной войны, остатки в 7 веке. В 7 веке Александрия перешла под власть арабов.

В Вавилоне (древний город в Месопотамии, к юго-западу от современного Багдада, 19-6 века до н.э.) знали десятично-шестидесятеричную позиционную систему нумерации, начало алгебры, тригонометрия. Сохранились сложные расчеты по хозяйственной и храмовой деятельности. Расчеты процентов по долгам. Решение уравнений первой и второй степеней, умели суммировать арифметические и геометрические прогрессии. В Библии рассказ о попытке построить после Всемирного потопа башню до небес. Разгневанный дерзостью людей Бог «смешал их языки» и рассеял по всей земле.

Древняя Греция - системное изложение математики. Архимед (3 век до н.э.) рассчитывает метательные машины (требования военной техники), - исследует равновесие и устойчивость плавающих тел (запросы мореплавания), Аристарх Самосский (конец 4 - начало 3 века до н.э.) высказывает идею о движении Земли вокруг Солнца (было на долгие века было отвергнуто).

Индия - 7 век до н.э. - 12 век. Теорема Пифагора была известна и применялась раньше Вавилона и Древней Греции. Индийцам принадлежат две основные заслуги: введение десятичной позиционной системы счисления и употребление нуля для обозначения отсутствия единиц данного разряда. Происхождение употребляемых в Индии цифр, называемых «арабскими», не выяснено.

Китай - «Математика в девяти книгах» написана во 2 веке до н.э. по более ранним источникам (техника вычислений, алгебраические методы). В 5 веке определено р в пределах 3,1415926<р<3,1415927. Разработаны методы решения уравнений до четвертой степени.

Связи между математиками Индией, Китая, Древней Греции и Вавилона не определены.

Средняя Азия и Ближний Восток 9- 15 вв. Арабские завоевания и объединение огромных территорий под властью арабских халифов привели к тому, что в течение 9 - 15 веков ученые Средней Азии, Ближнего Востока, Северной Африки и Пиренейского полуострова пользовались главным образом арабским языком. Наука развивалась в мировых торговых городах, в условиях широкого международного общения и государственной поддержки больших научных начинаний. В 15 веке при дворе Улугбека в Самарканде в обсерватории трудилось более ста ученых. После них остались долгое время непревзойденные по точности астрономические наблюдения, математические таблицы и многое другое. В Багдаде был «Дом мудрости» - своего рода академия. Его представитель Мухаммед бен Мусса аль-Хорезми. Термин «алгебра» происходит от его сочинения «Аль-джебр» (9 век). По нему, например, европейские математики раннего средневековья познакомились с решением квадратных уравнений. В 10 веке Аль-Баттани и Абу-ль-Вефа ввели все шесть тригонометрические функции, вычислили таблицы синусов и тангенсов через 10 минут. Существенный вклад в развитие науки математиков, писавших на арабском языке и живших на территории Средней Азии и Кавказа (хорезмийских, узбекских, таджикских, азербайджанских). Омар Хайям составил комментарии к «Началам» Евклида со строгим доказательством теорем. Омар ибн Ибрахим ал-Хайям (1048-1123) - ученый средневековья, астроном, математик, физик и философ. При жизни награжден почетным титулом «Царь философов Запада и Востока». Изучил в оригинале и развил труды Птолемея, Архимеда, Евклида, Аристотеля и Авиценна. Известен как автор рубаи (афористическое четверостишие, древнейшая форма персидской поэзии).

Западной Европе открытия древнего мира, в том числе Индии и Древней Греции стали известны по арабским переводам. С 12 по 15 века основными центрами теоретической научной мысли становятся университеты. С появлением книгопечатания появляются переводы греческих и арабских авторов, учебники, и такие как коммерческая арифметика.

В 16 веке начинается превосходство Западной Европы над древним миром и Востоком. До начала 17 века математика - преимущественно наука о числах и сравнительно простых геометрических фигурах. Рассматриваемые ею величины рассматриваются как постоянные. Появляются простейшие приемы математического анализа.

В России, в силу исторических обстоятельств, только в начале 17 века появляются рукописные руководства по математике, необходимые для торговли, налогового дела, артиллерийского дела, строительства. Наиболее древнее математическое произведение принадлежит новгородскому монаху Кирику 1136. Знаменитая «Арифметика» Леонтия Филипповича Магницкого появилась в 1703. (Л.Ф. Магницкий 1660-1739, преподаватель математики в Школе математических и навигационных наук в Москве с 1701, автор первого русского печатного руководства «Арифметика» - энциклопедии математических знаний того времени.)

Развитие математики и естественных наук с 17 века

Потребности бурного развития естествознания и техники (мореплавания, баллистики, гидравлики и т.д.) в 17 - 18 веках привело к появлению математики переменных величин и функциональных зависимостей, дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений, теории множеств, математической логики,

В 19 и 20 веках созданные разделы математики продолжают интенсивно развиваться. Расширяется круг задач решаемых естествознанием и техникой. Комплексные числа и функции комплексного переменного, неевклидова геометрия, векторное и тензорное исчисление, операционное исчисление, теория вероятностей, статистические методы, теория множеств, теория игр и т.д. Математические методы обеспечивают поиск наилучшего управления сложных систем, оптимальное управление в конфликтных ситуациях, на основе возможностей вычислительной техники обработку больших объемов информации.

Математика в современном объеме порождена естественными, техническими и экономическими науками, «обслуживает» их, развивается вмести с ними и имеет свою внутреннюю логику развития.

Вопросы для самоконтроля по Теме 6

1. Условие необходимые для развития математики, науки.

2. Задачи, решаемые математикой.

Словарь терминов по Теме 6

Катапульта - метательная машина, приводимая в действие силами упругости скрученных сухожилий, ремней и т.д. Применялась с 5 века до н.э. для метания камней по крутой траектории на дальность свыше 250 метров.

Математический институт (МИРАН) имени В.А. Стеклова РАН, организован в Москве на базе Физико-математического института АН. Исследования по основным проблемам современной теоретической математики и ряду её приложений.

Математический анализ - совокупность разделов математики, посвященных исследованию функций методами дифференциального и интегрального исчислений.

Математическая физика - разрабатывает методы решения задач, находящихся на стыке математики и физики.

Математическая статистика - наука о математических методах систематизации и использования статистических данных для научных и практических выводов.

Математическая логика - дедуктивная логика, включающая математические методы исследования способов рассуждений (выводов); математическая теория дедуктивных способов рассуждений.

Математическое программирование - раздел математики, посвященный теории и методам решения задач о нахождении экстремумов функций на множествах, определяемых некоторыми ограничениями (равенствами или неравенствами).

ТЕМА 7. Естественнонаучная картина мира

Мировоззрение. Природа. Естествознание. Мегамир, Макромир, Микромир. Структурные уровни организации материи. Солнечная система. Планета Земля.

Древнегреческие философы разделяли знания на три области: природа (физика), общество (этика), мышление (логика). Physis (греч.) - природа. Physica (лат.) название сочинений Аристотеля в 8 книгах «Лекции по физике».

В настоящее время общепринято деление наук на:

естественные, гуманитарные, технические, математические.

Естествознание - комплекс наук, описывающих природные явления и объясняющий их (астрономия, физика, химия, геология, биология, физиология человека, антропология, физическая география, биофизика, радиофизика, и т.д.).

К основным разделам современной теоретической физики относятся механика, термодинамика, электродинамика, оптика, теория относительности, квантовая механик, физика атомного ядра и элементарных частиц.

Естественнонаучная картина мира - целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях действительности, построения на основе анализа и синтеза научных знаний о мире.

Мировоззрение - система взглядов на объективный мир и место в нем человека, на отношение человека к окружающей его действительности и самому себе, а также обусловленные этими взглядами основные жизненные позиции людей, их убеждения, идеалы, принципы познания и деятельности.

Природа - 1. окружающий нас мир во всем бесконечном многообразии своих проявлений; 2. объект изучения естествознания; 3. совокупность естественных условий существования человеческого общества.

Условно познаваемый мир поделен на три уровня:

Макромир - часть материального мира, в которой живет и действует человек, и возможно познание путем непосредственного восприятия с помощью органов чувств человека.

Органы чувств - органы зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания и восприятия гравитации. Они воспринимают информацию из внешней и внутренней среды, проводят первичный анализ раздражений и передают ее в центральную нервную систему.

Классическое естествознание опирается на опыт, который человечество накопило в макромире, в котором пространственно-временные отношения сопоставимы с масштабами тела человека и продолжительностью жизни самого человека.

Микромир - часть материального мира, в которой для человека невозможно познание путем непосредственного наблюдения.

Мегамир - часть материального мира, в которой познание доступно астрономическому (наблюдательному и теоретическому) исследованию.

Уровни отличаются приборами и методологическими приемами в познавательной деятельности. Информационное пространство едино. Знания, получаемые на каждом уровне, взаимосвязаны, объединяемые и дополняемые.

Структурные уровни организации материи

Мегамир: Вселенная (космология)

Галактика (астрономия)

Звездная система (астрофизика)

Макромир: Планета Земля (геология)

Биосфера (биология, экология)

Популяция (биология, этология)

Вид (этология)

Индивид (этология)

Микромир: Клетка (биология, генетика)

Молекула (химия)

Атом (физика)

Элементарная частица (физика)

Кварк (физика)

Можно построить и более подробную структуру, выделив, например, ядро атома, кристалл, ядро клетки, человека и т.д.

Во все времена люди хотели знать, как возник наш мир. В древности были мифологические представления. В христианстве - сотворение мира Богом из «ничего». С появлением науки на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной. Естествознание имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами. Термин Вселенная употребляется и в философии и в науке. В философии обозначает «все существующее, бытующее». В науке «Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению».

Вселенная - весь существующий материальный мир, безграничный во времени и в пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Космос - все, что находящееся за пределами атмосферы Земли. В Древней Греции Космос воспринимался как порядок, гармония, в противоположность хаосу - беспорядку.

Космология - (греч kosmos - Вселенная) физическое учение о Вселенной как о едином целом, основанное на результатах исследований наиболее общих свойств той части Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений.

Задача космологии - поиск законов функционирования нашего мира как единого упорядоченного целого. Космос - синоним астрономическому определению Вселенная. Выделяют ближний космос, доступный исследованию космических аппаратов, и дальний космос - мир звезд и галактик.

На сегодняшний день общепринята модель Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной. Изучение Вселенной основано на трех постулатах:

· Законы, открытые в физике, действуют во всей Вселенной; (скорость света в инерциальной системе отсчета неизменна);

· Данные астрономических наблюдений с Земли (и с ближнего космоса) справедливы для всей Вселенной;

· Истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования наблюдателя - человека. «Мир оказался так удачно устроенным, что в нем возникли условия, при которых смог появиться человек».

Постоянство скорости света - фундаментальное свойство природы, которое констатируется как факт. Она не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя. Со скоростью света движутся частицы, масса покоя которых равна нулю (фотоны). Скорость света является предельной скоростью передачи любых взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. Решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники в 1973 скорость света в вакууме принято считать равной 299792458±1,2 м/с. (Скорость звука в воздухе 316 м/с.)

Галактика - (от греч. galaktikos - млечный), звездная спиральная система, к которой принадлежит Солнце. Для земного наблюдателя звезды, концентрирующиеся в галактической плоскости, сливаются в видимую картину Млечного Пути. Ближайшие к нам галактики - Магеллановы Облака и туманность Андромеды.

Солнечная система состоит из Солнца, 9 планет со спутниками, астероидов (малых планет) и их осколков, комет и межпланетной среды.

Планеты в порядке расположения: Меркурий, Венера, Земля (спутник - Луна), Марс (спутники Фобос и Деймос), Юпитер (15 спутников), Сатурн (16 спутников), Уран (5 спутников), Нептун (2 спутника), Плутон (1 спутник). Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона).

Астероиды (греч. - звездоподобные) малые планеты, тела Солнечной системы с диаметром от 1 до 1000 км. Орбиты большинства малых планет находятся между орбитами Марса и Юпитера.

Кометы движутся по сильно вытянутым орбитам. Наиболее известные комета Галлея (период 76 лет) и Энке (период 3,3 года).

Небо только кажется спокойным. В нем постоянно происходят катастрофы (эволюция), рождаются новые и сверхновые звезды, пульсары (открыты в 1967), «черные дыры».

Внешней границей Солнечной системы принято считать сферу гравитационного влияния Солнца радиусом 30 млрд. км. Линейная скорость вращения Солнечной системы вокруг галактического центра 220 км/с. Возраст Солнечной системы оценивается в 4,6 млрд. лет.

Зодиак, пояс зодиака, (от греч - животное) совокупность зодиакальных созвездий, расположенных вдоль эклиптики - большого круга небесной сферы, по которому Солнце совершает свой видимый путь в течение года. Число зодиакальных созвездий равно числу месяцев в году. Из-за непрерывного перемещения точки весеннего равноденствия (примерно на 1є за 70 лет). Солнце теперь каждый месяц находится в двух смежных созвездиях Зодиака, но для месяцев сохранены прежние обозначения (март - Овен, и т.д. по порядку Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы).

Астрология - «учение» о воздействии небесных светил на земной мир и человека (его темперамент, характер, поступки и будущее). Возникла в древности, связана с астральными культами и астральной мифологией. Вавилонская храмовая астрология перешла в Римскую империю, где в 1 веке до н.э. появились первые гороскопы. Арабская астрология в 12 веке проникла в Европу, где пользуется влиянием до середины 17 века. С середины 20 века астрология вновь стала модной. Забаву - гороскопы можно встретить во многих изданиях.

Планета Земля

Наука, изучающая строение и эволюцию Земли, называется геологией (от греч. «геос»- земной шар). Земля образовалась примерно через 0,5 млрд. лет после образования Солнца (4,5-3,9 млрд. лет назад). Земля - третья от Солнца планета. Обращается по эллиптической орбите вокруг Солнца с периодом 365,24 суток. Период вращения вокруг своей оси 23 ч 56 мин 4,1 с. Атмосфера: азот 78,1 %, кислород 21%. На высоте 20-25 км слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения.

Космические лучи - поток стабильных частиц высокой энергии в основном протоны - 90%, ядра гелия - альфа частицы 7%, и электроны 1%.

Радиус Земли 6,3 тыс. км. Скорость вращения вокруг Солнца 30 км/с. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Гранит, мрамор и известняк - затвердевшие магматические породы. Полюса на Земле менялись. Антарктида была когда-то зеленым континентом. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения. Предполагается, что 200 тыс. лет назад существовал единый массив суши. Африка отделилась от Южной Америки. Северная Америка отделилась от Европы. Индийский материк столкнулся с Азией и появился Тибет и Гималаи. Если существующие континенты на глобусе соединить, то их очертания хорошо подойдут друг к другу. Поверхность Земли разделена на плиты, нижняя часть которых погружена в жидкий расплав мантии. Толщина плит 75-150 км. Зафиксировано движение плит со скоростью несколько миллиметров в год. Прогнозирование землетрясений - одна из главных задач геологии и геофизика.