Модели развития естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Модели развития науки. Модель научных революций

химия земля синтез природа геологический

Общий ход развития науки, в том числе и естествознания включает три основные ступени познания природы и мира в целом:

Непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого (греческая натурфилософия);

Анализ природы, расчленение ее на части (характерно для позднего средневековья и начало Нового времени);

Воссоздание целостной картины на основе познанных частностей, соединение анализа с синтезом (характерно для зрелого периода развития науки).

В настоящее время выделяются три основные модели развития науки:

Эволюционная (кумулятивная), т.е. развитие науки как непрерывный, поступательный, прогрессивный процесс;

Революционная - развитие науки через научные революции.

Кейс стадис - ситуационные исследования.

Долгое время в развитии науки преобладала эволюционная модель, основанная на накоплении знаний, но в середине XIX в. в науке начинают формироваться новые теории, принципиально отличающиеся от предшествующих. Т. Кун пересмотрел понятие сущности науки и предложил рассматривать науку не как простое приращение знаний, а как комплекс знаний, соответствующей эпохи. Т. Кун ввел понятие "парадигмы" как основополагающей идеи, на которой базируются все основные научные концепции. Переход от одной парадигмы к другой идет через революцию, т. е. научная революция - это смена парадигмы.

Однако далеко не все исследователи методологии научного познания согласились с этим выводом. Альтернативную модель развития науки, также ставшую весьма популярной, предложил И. Лакатос. Его концепция, названная методологией научно-исследовательских программ, по своим общим контурам довольно близка к куновской, однако расходится с ней в принципиальнейшем пункте. Лакатос считает, что выбор научным сообществом одной из многих конкурирующих исследовательских программ может и должен осуществляться рационально, т.е. на основе четких, рациональных критериев.

В общем виде его модель развития науки может быть описана так. Исторически непрерывное развитие науки представляет собой конкуренцию научно-исследовательских программ, которые имеют следующую структуру.

"Жесткое ядро", включающее неопровержимые для сторонников программы исходные положения.

"Негативная эвристика" - своеобразный "защитный пояс" ядра программы, состоящий из вспомогательных гипотез и допущений, снимающих противоречия с аномальными фактами. (Если, допустим, небесная механика рассчитала траектории движения планет, а данные наблюдения свидетельствуют об отклонении реальных орбит от расчетных. В этом случае законы механики подвергаются сомнению в самую последнюю очередь. Вначале в ход идут гипотезы и допущения "защитного пояса": можно предположить, что неточны измерения, ошибочны расчеты или присутствуют некие возмущающие факторы, например, неоткрытые планеты и т.д. Известно, к примеру, что И. Ньютон, испытывавший трудности с объяснением стабильности Солнечной системы, был вынужден допустить, что Бог исправляет отклонения в движении планет).

"Позитивная эвристика" - это правила, указывающие, какие пути надо избирать и как по ним идти. Иными словами, это ряд доводов, предположений, направленных на то, чтобы изменять и развивать "опровержимые варианты" исследовательской программы. В результате последняя предстает не как изолированная теория, а как целая серия модифицирующихся теорий, в основе которых лежат единые исходные принципы.

Однако рано или поздно позитивная эвристическая сила той или иной исследовательской программы исчерпывает себя. Встает вопрос о смене программы. Вытеснение одной программы другой представляет собой научную революцию.

В историческом развитии научного познания можно выделить несколько типов научных революций:

Частная (микрореволюция) - затрагивает одну отрасль знания;

Комплексная - революция, затрагивающая ряд областей знаний;

Глобальная - это революция, изменяющая основания науки.

1-я глобальная научная революция произошла в XVI-XVII вв. В это время произошел революционный скачок в науках, изучающих механическую форму движения материи, что привело к становлению классического естествознания.

В середине XIX в. в естествознании произошло несколько комплексных революций: открытие закона сохранения и превращения энергии, периодического закона Д.И. Менделеева, создание клеточной теории, эволюционного учения Ч. Дарвина.

2-я глобальная научная революция произошла в начале ХХ века и связана с пересмотром научных представлений о пространстве и времени на основе теории относительности и квантовой механики.

В настоящее время можно говорить о третьей глобальной научной революции, в ходе которой рождается новая постнеклассическая наука.

Кейс стадис - это относительно новое направление в развитии науки, разрабатываемое с 70-х годов нашего столетия. Используется большей частью в гуманитарных науках. Применительно к истории - это изучение наиболее значимых событий несколько изолированно, а не как этап, ведущий к современному состоянию. Кейс стадис допускает одновременное существование разных теорий и даже парадигм.

2. Возможности и пределы структурной химии

Химию обычно рассматривали как науку о составе и качественном превращении различных веществ. В первое время именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, определить те элементы, от которых зависят их свойства. Поэтому, несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, по сути дела, до открытия в 1869 г. Периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал, а, следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.

Характер любой системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.

В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула и поэтому, когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества. Сами представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и кончая гипотезами, обоснованными с помощью систематических химических экспериментов. Если, например, по мнению известного шведского химика Йенса Берцелиуса (1779-1848) структура молекулы возникает благодаря взаимодействию разноименно заряженных атомов или атомных групп, то французский химик Шарль Жерар (1816-1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер такого представления. В противовес этому он подчеркивал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность или, как мы сказали бы теперь, система. Однако эти общие и в целом правильные представления не содержали практических указаний, как применить их для синтеза новых химических соединений и получения веществ с заранее заданными свойствами.

Такую попытку раскрытия структуры молекул и синтезирования новых веществ предпринял известный немецкий химик Фридрих Кекуле (1829-1896). Он стал связывать структуру с понятием валентности элемента или числа единиц его сродства. На этой основе и возникли те структурные формулы, которыми с определенными модификациями пользуются при изучении органической химии в школе. В этих формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их сродства или валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это составляет важнейшую задачу химической науки.

Дальнейший шаг эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического строения Александра Михайловича Бутлерова (1828-1886), который, хотя и признавал, что образование новых молекул из атомов происходит за счет их химического сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом. Именно поэтому новые идеи А.М. Бутлерова нашли не только широкое применение в практике химического синтеза, но и получили свое обоснование в квантовой механике.

Этот краткий экскурс в историю химии показывает, что эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой - установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

3. Геологические оболочки Земли. Характеристика химического состава и физических особенностей

Земля - наиболее крупный и наиболее сложный динамический объект из всех внутренних планет. На Земле еще продолжают идти процессы формирования геосфер, особенно коры, происходит движение литосферных плит, меняется положение континентов. Расстояние Земли от Солнца оказалось оптимальным для развития биосферы в отличие от других планет. Изменение этого расстояния на 20 % от существующего сделало бы невозможным стабильное существование биосферы (или само появление жизни), а при массе, меньшей на 25 %, наша планета не смогла бы удержать столь обширную атмосферу.

Форма Земли близка к шарообразной, но при детальном исследовании оказывается более сложной, даже если ее обрисовать поверхностью океана и мысленно продолжать эту поверхность под континентами. Эту форму назвали геоидом.

Геоид - это почти эллипсоид вращения; его полярный радиус меньше экваториального на 21,4 км из-за влияния центробежной силы, возникающей в результате вращения Земли вокруг своей оси. Земля на 70 % покрыта водой, 98 % водной оболочки - это Мировой океан, и только 30 % ее поверхности составляет суша. В 1873 г. немецкий ученый И. Листинг ввел понятие о геоиде и наметил пути его изучения, а в 1888 г. русский ученый Ф. А. Слудский внес эти уточнения в теорию фигуры Земли.

Геосферы - концентрические оболочки Земли, по которым рассматривать строение нашей планеты предложил австрийский геолог Э. Зюсс, давший в своем трехтомном труде "Лик Земли" историю земной коры на основе своей гипотезы, объяснявшей тектонические процессы и образование складчатости охлаждением и сжатием планеты. Некоторый собранный им материал еще не потерял ценности.

Твердую оболочку Земли называют литосферой. Верхняя часть литосферы - это земная кора, достигающая толщины 35-65 км на континентах и 6-8 км - под дном океанов. Под корой расположена мантия, границей между этими слоями служит так называемый слой Мохоровичича. В этом слое скачкообразно возрастает скорость распространения сейсмических волн. На глубине 120-150 км под континентом и 60-400 км под океаном залегает слой мантии - астеносфера. Это - область с очень низкой вязкостью. Земная кора растрескалась на части, и литосферные плиты, плавая в астеносфере, медленно перемещаются относительно друг друга. Ниже астеносферы, примерно с глубины 410 км, давление на минералы становится очень велико, плотность сильно увеличивается. Сейсморазведка показывает, что на глубине 2920 км плотность становится 10080 кг/м³, тогда как до нее была 5560 кг/м³. Начинается область внешнего земного ядра, внутри которого находится внутреннее ядро радиусом 1250 км. Внешнее ядро - жидкое, так как через него не проходят поперечные волны. Кстати, с наличием жидкого ядра связывают существование магнитного поля Земли. Принято считать, что внутреннее ядро твердое. Возможно, что температура в центре достигает 10⁵ К, а у нижней границы мантии - не выше 5000 К.

Химический состав земной коры, общая масса которой составляет только 0,5 % массы всей Земли, исследовали крупнейшие геохимики: Ф. Кларк, В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, А.П. Виноградов, супруги И. и В. Ноддак и др. Чтобы доказать наличие элемента рения в земной коре и определить его среднее содержание, супруги Ноддак провели 1600 анализов разнообразных минералов и пород. В литосфере наибольшее распространение сейчас получил кислород - 50 % массы всей литосферы; 26 % составляет кремний, 7-8 % - алюминий, 4 % - железо; суммарное содержание магния, калия, кальция и натрия - порядка 10 %, а на долю оставшихся (более 80) элементов приходится несколько процентов.

Существенно, что кремний расположен в таблице Менделеева в том же столбце, что и важнейший элемент для живого вещества - углерод. На основе окиси кремния образованы многие минералы, в том числе содержащие алюминий. По подсчетам Вернадского, земная кора (до глубин 16 км) состоит на 85 % из силикатов. Если в сложных алюминиево-кремниевых кислотах водород замещается металлами, то соли этих кислот - алюмосиликаты - становятся основой довольно сложных по составу минералов. Кристаллическую основу алюмосиликатов составляет замкнутая система атомов, содержащая алюмокислородные и кремнекислородные группы - комплексы. В зонах выветривания под действием внешних факторов (воды, солнечного излучения, газов) из них выносятся металлы и остается каолин (состав: кремний, алюминий, водород, вода или группа ОН). Эту конструкцию Вернадский назвал каолиновым ядром. Кольцевая структура ядра обеспечивает ему высокую устойчивость.

В составе атмосферы сейчас преобладают азот и кислород (98,6 % массы всей атмосферы), это соотношение практически неизменно до высот 150 км. Водорода почти в миллион раз меньше, чем кислорода. На высоте 160 км и выше состав атмосферы меняется и, как показали данные, полученные со спутников, водород становится преобладающим на высотах 1500 км.

В морской воде на долю кислорода, водорода, хлора и натрия приходится 99,5 %. Переход к гидросфере - это резкое изменение организации геосфер, вызванное переходом от плотных внутренних геосфер к значительно более подвижным внешним геосферам Земли.

Внутри Земли, по данным А.Е. Ферсмана, доля железа - 37 %, затем следуют кислород и кремний; более тяжелые элементы (около 0,5 % массы Земли) и элементы легче железа. Сравнение химического состава Земли и Солнца показывает, что относительное содержание элементов тяжелее натрия почти одинаково в атмосферах Земли и Солнца, содержание кислорода, углерода, азота, гелия в солнечной атмосфере в десятки раз больше, чем на Земле, а водорода - даже в 100000 раз.

Все земные геосферы связаны между собой кругооборотами вещества, глобальными потоками энергии и момента импульса. В результате образуется сложная система, состояние которой, во многом похожее на состояние динамического равновесия, создает условия для динамической эволюции планеты. Для всех геосфер характерны многочисленные и закономерные отклонения от однородного (симметричного) состояния, наличие градиентов температур, давлений, потенциалов и т.д., которые и направляют потоки вещества, энергии и информации. Хотя каждая из геосфер имеет свою специфику динамики, обменов, систем обратных связей, многие особенности регулируются взаимодействиями между этими огромными подсистемами.

Список использованной литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1998.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - М.: Издательский центр "Академия", 2006.

3. Зубарев А.Е. Концепции современного естествознания: Методические материалы и рекомендации для студентов-заочников гуманитарных и экономических специальностей. - Калуга: Изд-во СЗАГС, 2000.

4. Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - М.: Культура и спорт, 1997.

5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 2000.

Размещено на Allbest.ru