Естественно-научная картина Мира: три уровня строения материи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Факультет управления

Кафедра управления и социального-гуманитарного образования

Реферат

Тема: Естественно-научная картина Мира: три уровня строения материи

Студента 1 курса ТО-17/2 группы

Коршунова Павла Алексеевича

Королёв 2017

Содержание

Введение

1. Естественнонаучное миропонимание

2. Строение вещества, энергия

3. Материя. Три уровня строения

Заключение

Список литературы

Введение

Цель: формирование представлений о целостности природы, знакомство с естественнонаучной картиной мира, основанной на принципах системности, универсального эволюционизма и самоорганизации.

Задачи: определить роль и специфику гуманитарного и естественнонаучного компонентов культуры, ее связей с особенностями мышления; сформировать представления о ключевых особенностях стратегий естественнонаучного мышления; формировать понимание о роли фундаментальных законов природы, составляющих основу современной естественнонаучной области знаний; сформировать базовый понятийный аппарат, необходимый для осмысления и дальнейшего изучения различных областей естествознания; развивать способности к творчеству, в том числе к научно-исследовательской работе, и вырабатывать потребность к самостоятельному приобретению знаний в различных областях естествознания; формировать знания о функционировании планеты Земля как сложной гетерогенной природной системы; формировать знания о месте и роли человека в природе, включая его деятельность в космическом пространстве; сформировать знания об эволюционной картине Вселенной как глобальной модели природы, отражающей целостность и многообразие естественного мира.

Познание единичных вещей и процессов невозможно без одновременного познания всеобщего, а последнее в свою очередь познается только через первое. Сегодня это должно быть ясно каждому образованному уму. Точно также и целое постижимо лишь в органическом единстве с его частями, а часть может быть понята лишь в рамках целого. И любой открытый нами "частный" закон - если он действительно закон, а не эмпирическое правило - есть конкретное проявление всеобщности. Нет такой науки, предметом которой было бы исключительно всеобщее без познания единичного, как невозможна и наука, ограничивающая себя лишь познанием особенного.

Всеобщая связь явлений - наиболее общая закономерность существования мира, представляющая собой результат и проявление универсального взаимодействия всех предметов и явлений и воплощающаяся в качестве научного отражения в единстве и взаимосвязи наук. Она выражает внутреннее единство всех элементов структуры и свойств любой целостной системы, а также бесконечное разнообразие отношений данной системы с другими окружающими ее системами или явлениями. Без понимания принципа всеобщей связи не может быть истинного знания. Осознание универсальной идеи единства всего живого со всем мирозданием входит в науку, хотя уже более полувека назад в своих лекциях, читанных в Сорбонне, В.И.Вернадский отмечал, что ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не находится, но неразрывно связан с материальноэнергетической средой. "В нашем столетии биосфера получает совершенно новое понимание. Она выявляется как планетное явление космического характера".

1. Естественно-научное миропонимание.

Современная естественно-научная картина мира является результатом синтеза систем мира древности, античности, гео- и гелиоцентризма, механистической, электромагнитной картины мира и опирается на научные достижения современного естествознания.

В конце XIX и начале XX века в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии.

Современное естествознание представляет окружающий материальный мир нашей Вселенной однородным, изотропным и расширяющимся. Материя в мире находится в форме вещества и поля. По структурному распределению вещества окружающий мир разделяется на три большие области: микромир, макромир и мегамир. Для них характерны четыре фундаментальных вида взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное, которые передаются посредством соответствующих полей. Существуют кванты всех фундаментальных взаимодействий.

Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считали атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов.

В 30-е годы XX века было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Это явление получило название дуализма волны и частицы - представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла.

Таким образом, в современной естественно-научной картине мира, как вещество, так и поле состоят из элементарных частиц, а частицы взаимодействуют друг с другом, взаимопревращаются. На уровне элементарных частиц происходит взаимопревращение поля и вещества. Так, фотоны могут превратиться в электронно-позитронные пары, а эти пары в процессе взаимодействия уничтожаются (аннигилируются) с образованием фотонов. Более того, вакуум так же состоит из частиц (виртуальных частиц), которые взаимодействуют как друг с другом, так и с обычными частицами. Таким образом, исчезают фактически границы между веществом и полем и даже между вакуумом, с одной стороны, и веществом и полем, с другой. На фундаментальном уровне все грани в природе действительно оказываются условными.

Другая фундаментальная теория современной физики теория относительности, в корне изменившая научное представление о пространстве и времени. В специальной теории относительности получил дальнейшее применение установленный еще Галилеем принцип относительности в механическом движении. Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер, в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.

Еще более радикальные изменения в учение о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства-времени. [1]

В современной естественнонаучной картине мира наблюдается теснейшая связь между всеми естественными науками, здесь время и пространство выступают как единый пространственно-временной континиум, масса и энергия взаимосвязаны, волновое и корпускулярное движения, в известном смысле, объединяются, характеризуя один и тот же объект, наконец, вещество и поле взаимопревращаются. Поэтому в настоящее время предпринимаются настойчивые попытки создать единую теорию всех взаимодействий.

Как механическая, так и электромагнитная картина мира были построены на динамических, однозначных закономерностях. В современной картине мира вероятностные закономерности оказываются фундаментальными, не сводимыми к динамическим.

Появление такого междисциплинарного направления исследований, как синергетика, или учение о самоорганизации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики состоит, прежде всего, в том, что сна впервые показала, что процесс самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Главное достижение синергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в процессе непрестанной эволюции и развития.

В наибольшей мере новые мировоззренческие подходы к исследованию естественно-научной картины мира и его познания коснулись наук, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанные с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез о происхождении жизни и многого другого

Все прежние картины мира создавались как бы извне - исследователь изучал окружающий мир отстранено, вне связи с собой, в полной уверенности, что можно исследовать явления, не нарушая их течения. Такова была веками закреплявшаяся естественнонаучная традиция. Теперь научная картина мира создается уже не извне, а изнутри, сам исследователь становится неотъемлемой частью создаваемой им картины. Очень многое нам еще неясно и скрыто от нашего взора. Тем не менее, сейчас перед нами развертывается грандиозная гипотетическая картина процесса самоорганизации материи от Большего Взрыва до современного этапа, когда материя познает себя, когда ей присущ разум, способный обеспечить ее целенаправленное развитие.

Наиболее характерной чертой современной естественно - научной картины мира является ее эволюционность. Эволюция происходит во всех областях материального мира в неживой природе, живой природе и социальном обществе.

2. Строение вещества, энергия

В конце прошлого и начале нынешнего века в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц). [2]

Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Эрнестом Резерфордом (1871--1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована выдающимся датским физиком Нильсом Бором (1885--1962), который предположил, что при вращении по так называемым стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельными квантами. Об этом свидетельствует, например, явление фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как известно, используется в фотоэкспонометрах, которыми пользуются в фотографии для определения выдержки при экспозиции.

В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля -- свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы -- представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля-- волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн.

В 1925--1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи -- микромире, была создана новая волновая, или квантовая механика. Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира. [3]

3. Материя. Три уровня строения

Материя (лат. «материал», «вещество») - среди философов разных школ и направлений не достигнуто единогласия в трактовке понятия материи; вопрос о существе материальной грани действительности всегда остаётся актуальной проблемой. Материалисты возводят материю в абсолют и обычно приписывают ей атрибуты несотворимости, неуничтожимости, бесконечной протяжённости и вечной длительности. А идеалисты под материей понимают физический мир, сотворённый нематериальной субстанцией (Богом, абсолютным Духом) из ничего и извне.

Слово «материя» многозначно. В быту им пользуются для обозначения той или иной ткани. Иногда придают иронический смысл, говоря о «высокой материи». У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, поэтому говорят, что материя неисчерпаема.

Существует много определений понятия «материя». Приведем одно из них: материя - это объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях и существует независимо от него. Это некая субстанция, основа всех реально существующих объектов и систем, их свойств, связей между ними и форм движения, то, из чего состоит окружающий нас мир. Наиболее привычно представление материи в виде совокупности окружающих нас вещественных объектов (физических тел).

Из множества свойств материальных объектов можно выделить всеобщие, универсальные, которые называют атрибутами. К ним относятся: связь, взаимодействие, движение, пространство и время, структурность, системная организация, вечность во времени, бесконечность в пространстве, способность к саморазвитию, отражение, единство прерывности и непрерывности. Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно разнообразны по форме своих проявлений. Все явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. Психика и сознание тоже определяются материальными процессами в мозгу человека и являются высшей формой отражения внешнего мира. [4]

Важнейшими атрибутами материи являются структурность и системность. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела и все космические системы мегамира. Наряду со структурностью неотъемлемым свойством материи является ее системность. Во всех целостных системах связь между элементами является более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой.

Часто основные формы материи подразделяют на поле и вещество. Такое деление имеет некоторый смысл, но оно ограничено. Под веществом имеют в виду различные частицы и тела, обладающие массой покоя. Оно существует для нас в виде физических тел, которые можно характеризовать некоторыми общими параметрами - удельной массой, температурой, теплоемкостью, механической прочностью или упругостью, электропроводностью, магнитными свойствами и т.п. Все эти параметры могут изменяться в широких пределах как от одного вещества к другому, так и для одного и того же вещества в зависимости от внешних условий. Каждое вещество может находиться в одном из четырех агрегатных состояний - твердом, жидком, газообразном и плазменном. Поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. Но поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет «занято» полями, на долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы (примерно 10^-36-10^-40 объема), то есть поля входят в структуру вещества. В свою очередь, квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей можно видеть одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи. [5]

Выделяют еще две основные формы существования материи:

- время - объективная реальность, форма бытия материи, характеризующая последовательность смены состояний и длительности существования любых объектов и процессов;

- пространство - объективная реальность, форма существования материи, характеризующая ее протяженность и объем, сосуществование и взаимодействие материальных объектов и процессов, совокупность отношений координации и расположения объектов друг относительно друга.

Определение понятия «материя» тесно связано с ее неотъемлемым свойством и формой существования - движением в пространстве и во времени. Различают следующие виды движения материи:

1. механическое движение с подвидами: прямолинейное, криволинейное, вращательное, равномерное - неравномерное, равномерно ускоренное;

2. физическая форма движения материи: тепловое (исследуется термодинамикой), электромагнитное (изучается электродинамикой), внутриатомное (исследуется квантовой механикой);

3. химическая форма движения материи: реакции неорганических соединений, реакции органических соединений, реакции комплексных соединений;

4. биологическая форма движения материи - процессы, протекающие в растительном и животном мире, ассимиляция и диссимиляция, питание, пищеварение, торможение и возбуждение нервной деятельности и т.п;

5. социальная форма движения материи - производственная, общественно-политическая, научная деятельность и т.д. Движением является вся жизнь человека (эмоциональная - движение чувств; интеллектуальная - движение разума; волевая - формирование решимости к действиям).

В естествознании выделяют три уровня строения материи:

микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10^-24 секунды;

макромир - мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10^-6-10⁷ см), а время - в секундах, минутах, часах, годах, веках;

мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 10²⁸ см), а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны. [6]

Заключение

Один из старинных девизов гласит: “знание есть сила” Наука делает человека могущественным перед силами природы. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

В современном мире наука вызывает у людей не только восхищение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения атмосферы, катастрофы на атомных станциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, “озонная дыра” над планетой, резкое сокращение видов растений и животных - все эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

Наука - это социальный институт, и он теснейшим образом связан с развитием всего общества. Сложность, противоречивость современной ситуации в том, что наука, безусловно, причастна к порождению глобальных, и, прежде всего, экологических, проблем цивилизации (не сама по себе, а как зависимая от других структур часть общества); и в то же время без науки, без дальнейшего ее развития решение всех этих проблем в принципе невозможно. И это значит, что роль науки в истории человечества постоянно возрастает. И потому всякое умаление роли науки, естествознания в настоящее время чрезвычайно опасно, оно обезоруживает человечество перед нарастанием глобальных проблем современности. А такое умаление, к сожалению, имеет подчас место, оно представлено определенными умонастроениями, тенденциями в системе духовной культуры. О некоторых из них надо сказать особо.

волна поле время материя

Список используемой литературы

1. Т.Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания». Издательство «ЮКЕА», Новосибирск, 1997.

2. Пуанкаре А. О науке. М., 1999.

3. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М., 2000.

4. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М. 1997.

5. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. М.: МГУК, 2000г.

6. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Современная естественно-научная картина мира // Современные проблемы науки и образования. - 2006.

Размещено на Allbest.ru