Бондарев В.П. Концепции современного естествознания
Подождите немного. Документ загружается.
В.П. Бондарев
Концепции
современного
естествознания
Допущено Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
для студентов вузов гуманитарных специальностей и направлений
подготовки
Москва · 2003
УДК 50(075.8)
ББК20
Б81
Настоящая книга - победитель конкурса
Минобразования России (2000-2001) на создание учебников
по дисциплине «Концепции современного естествознания»
для гуманитарных специальностей и направлений подготовки
Бондарев В.П.
Б81 Концепции современного естествознания: Учебное пособие для
студентов вузов. - М.: Альфа-М, 2003. -464 с.: ил.
ISBN 5-98281-002-9 (в пер.)
Представляет собой обзор развития и современного состояния естественно-научной
картины мира. Знакомит с историей, методологией естествознания и с такими его
характерными чертами, как системность и модельность. Раскрывает проблемы
пространства и времени как базисных понятий естествознания. Вводит читателя в курс
концепций различных отраслей естествознания. Рассматривает общие вопросы,
связанные с попытками создать теорию глобальной эволюции. Содержит именной
указатель, контрольные вопросы и библиографические списки к каждой главе.
Для студентов гуманитарных специальностей вузов
.
УДК 50(075.8)
ББК20
© «Альфа-М», 2003
ISBN 5-98281-002-9 © Бондарев В.П., 2003
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ФЕНОМЕН КУЛЬТУРЫ
§1.1. Естественно-научная и гуманитарная культуры
Естествознание как элемент мировоззрения
Взаимодействие двух культур
Сциентизм и антисциентизм
§ 1.2. Классификация наук и отраслей естествознания
Подходы к классификации наук
Сложившееся разделение наук
§ 1.3. Естествознание и религия
Взаимоотношения религиозного и научного знаний
Естествознание с точки зрения теологов
§ 1.4. Естествознание и философия
Взаимоотношения философии и естествознания
Философские основания естествознания
§ 1.5. Естествознание и математика
Сущность математики и история ее развития
Математика как специфический язык естествознания
Приложение математики к разным отраслям естествознания
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 2. ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ НАУКИ
§ 2.1. Сущность научного знания
Наука и научное знание
Познание как процесс отражения действительности
Критерии отграничения научного знания
§ 2.2. Средства и методы науки
Виды средств и методов науки
Характеристика основных методов науки
§ 2.3. Структура и уровни научного знания
Структура научного знания
Уровни научного знания и их соотношение
Индуктивный и рационалистический пути познания.
Проблема построения единой теории
§ 2.4. Этические проблемы в науке
Наука как социальный институт
Идеалы и ценности науки
Ученый, научное сообщество, общество
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 3. ИСТОРИЯ НАУКИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
§ 3.1. История естествознания и модели развития науки
Подходы к изучению истории естествознания
Кумулятивная модель развития науки
Научные революции в истории науки
«Кейс стадис» как метод исследования
§ 3.2. Традиции и новации в истории естествознания
Традиции в истории естествознания
Незнание и неведение
Психологический контекст открытий
§ 3.3. Этапы становления современного естествознания
Этапы изменения характера науки
Научные революции Нового и Новейшего времени
Типы научной рациональности
§ 3.4. История отраслей естествознания
Физика
Химия
Геология
Биология
География
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 4. СИСТЕМНОСТЬ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ
§4.1. Системный подход
Системность и уровни системности труда
Свойства и классификация систем
Эволюция системных представлений
§ 4.2. Модели и моделирование систем
Понятие модели и моделирования
Классификация моделей
Особенности моделей
Основные типы моделей систем
§ 4.3. Системные исследования
Информационные аспекты изучения систем
Этапы системного исследования
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
§ 5.1. Пространство и время в естествознании
Эволюция взглядов на пространство и время
Пространство и время в различных отраслях естествознания
§ 5.2. Свойства пространства и времени
Самостоятельность пространства и времени
Мерность пространства и времени
Симметрия и асимметрия пространства и времени
Обратимость пространства и времени
Геометрические свойства пространства
§ 5.3. Методы оценки пространства
Размеры микрообъектов
Размеры макрообъектов
Межзвездные пространства
Межгалактические пространства
§ 5.4. Методы оценки времени
Малые интервалы времени
Исчисление лет и исторических эпох
Геологические интервалы времени
Космические интервалы времени
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 6. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
§ 6.1. Иерархичность миров и границы нашего познания
Проблема выделения фундаментальных физических
теорий
Фундаментальные типы физического взаимодействия
Иерархичность физических явлений
§ 6.2. Концепции макромира и классическая механика
Сущность классической механики и ее исторический обзор
Основные положения классической механики
§ 6.3. Концепции мегамира и теория относительности
Сущность теории относительности
Преобразования Х.А. Лоренца
Принцип относительности А. Эйнштейна
§ 6.4. Концепции микромира и квантовая механика
Сущность квантовой механики и границы ее применимости
История становления квантовой теории
Современные представления об элементарных частицах и атомах
§ 6.5. Концепции возникновения и развития Вселенной
Модели развития Вселенной
Происхождение и эволюция звезд и галактик
Происхождение Солнечной системы
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 7. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВА
§7.1. Химические явления и их сущность
Сущность химических явлений
Основные концептуальные системы химии
§ 7.2. Химический состав вещества
Проблема химического элемента
Проблема химического соединения
Проблема вовлечения химических элементов
в производство новых материалов
§ 7.3. Химическая структура вещества
Проблемы, решаемые в рамках учения о химической структуре
Образование химических структур и химическая связь
§ 7.4. Химические процессы
Сущность химического процесса
Принципы управления химическим процессом
§ 7.5. Химическая эволюция
Этапы химической эволюции
Проблема самоорганизации химических систем
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 8. КОСНОЕ ВЕЩЕСТВО ЗЕМЛИ
§8.1. Форма и строение Земли
Форма Земли
Внутреннее строение Земли
Основные характеристики Земли
§ 8.2. Вещественный состав и строение земной коры
Химический и минеральный состав Земли
Типы земной коры
§ 8.3. Гидросфера и атмосфера Земли
Водная оболочка Земли
Воздушная оболочка Земли
§ 8.4. Геодинамические процессы
Эндогенные (внутренние) процессы
Экзогенные (внешние) процессы
Взаимодействие экзогенных и эндогенных процессов
§ 8.5. Возникновение и геологическая история Земли
Возникновение Земли и ранние этапы ее становления
Принципы периодизации геологической истории Земли
Основные этапы эволюции земной коры
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 9. ФЕНОМЕН ЖИЗНИ
§9.1. Сущность и уровни организации жизни
Сущность жизни и свойства живых организмов.
Уровни организации жизни
§ 9.2. Концепции возникновения жизни
Подходы к решению проблемы возникновения жизни
Условия и факторы зарождения жизни
Начальные этапы биологической эволюции
§ 9.3. Эволюционное учение в биологии
Становление эволюционного учения
Основные положения синтетической теории эволюции
§ 9.4. Развитие жизни на Земле
Криптозойский зон. Архейская и протерозойская эры
Фанерозойский зон. Палеозойская эра
Фанерозойский зон. Мезозойская и кайнозойская эры
§ 9.5. Человек: феномен, происхождение, биоэтика
Человек в системе животного мира
Этапы антропогенеза
Биоэтика
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 10. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА
§ 10.1. Основные свойства географической оболочки
Географическая оболочка и ее особенности
Энергетические источники существования географической оболочки
Структура географической оболочки
§ 10.2. Функционирование географической оболочки
Круговорот веществ в географической оболочке
Круговороты отдельных химических элементов
Ритмические процессы в географической оболочке
§ 10.3. История развития географической оболочки
§ 10.4. Географическая среда и глобальные проблемы человечества
Географическая среда и ее взаимосвязь с обществом
Глобальные проблемы человечества
Вопросы для самоконтроля
Литература
Глава 11. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ
§ 11.1. Глобальный эволюционизм
Становление эволюционных идей в науке
Основные принципы глобального эволюционизма
§ 11.2. Самоорганизация как элементарный процесс эволюции
Самоорганизация и классическая термодинамика.
Примеры процессов, происходящих в открытых системах
Свойства самоорганизующихся систем
§ 11.3. Закономерности самоорганизации и эволюционного процесса
Закономерности и факторы эволюции
Особенности эволюционного процесса
Вопросы для самоконтроля
Литература
Именной указатель
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие посвящено изложению наиболее общих концепций современного
естествознания и его отраслей (в первую очередь физики, химии, геологии, биологии и
географии). Естественно-научное знание всегда оказывало и продолжает оказывать
глубочайшее влияние на культуру как отдельной личности, так и человечества в целом.
Поэтому формирующемуся специалисту-гуманитарию очень важно разобраться в основах
и традициях современного естествознания, складывавшихся на протяжении всего
становления человеческого общества, а следовательно, проверенных временем. Благодаря
естествознанию были объяснены феномены природы, казавшиеся нашим предкам
непостижимыми, исследованы многие удивительные и необычные явления. Это в свою
очередь открыло еще большие исследовательские перспективы для многих последующих
поколений. Человеку, живущему в современном обществе и стремящемуся стать
гармоничной личностью, необходимо хотя бы прикоснуться к тому огромному пласту
естественнонаучной культуры, который составляет сокровищницу мировой цивилизации.
Дисциплина «Концепции современного естествознания» была введена в учебные планы
вузов в середине 1990-х гг. Несмотря на сравнительную молодость этого предмета, уже
опубликован целый ряд учебной литературы по курсу «Концепции современного
естествознания». Однако в 2000 г. были введены новые образовательные стандарты и
разработаны примерные программы курса. Поэтому потребовалось новое учебное
пособие, учитывающее уже сложившийся опыт изложения материала и в то же время
соответствующее новым стандартам. Книга написана в соответствии с требованиями
(федеральный компонент) к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки
бакалавра и дипломированного специалиста по циклу «Общие математические и
естественно-научные дисциплины» в государственных образовательных стандартах
второго поколения, утвержденных Министерством образования Российской Федерации 21
февраля 2000 г. Были также учтены рекомендации двух примерных программ дисциплины
«Концепции современного естествознания» (Буданов В.Г., Мелехова О.П., Степин B.C.,
2000; Голубева О.Н., Добротина H.A., Суханов А.Д., 2000).
В учебной литературе по предмету «Концепции современного естествознания»
сложилось несколько традиций подачи материала. Условно назовем эти традиции
философской, физико-химико-биологической и геолого-географической.
В основе философской традиции лежало то, что многие представления в отдельных
отраслях естествознания были объектом внимания философов. Философский подход
распадается на два направления. Во-первых, изложение основ истории и методологии
науки и выход на проблемы теории познания. Во-вторых, анализ философских вопросов
естествознания.
Другая, получившая распространение в системе высшего образования традиция чтения
курса «Концепции современного естествознания» может быть названа физико-химико-
биологической. В случае использования этой идеологии преподавание соответствующей
дисциплины направлено на изложение ярких фрагментов физики, химии и биологии, а
также на демонстрацию важности стратегий мышления, выработанных в данных областях
естествознания для культуры в целом.
Геолого-географическая традиция слабо выражена в системе высшего образования.
Обычно о ней вспоминают, когда в конце курса необходимо подвести базу под связь
природы и общества, а также рассмотреть проблемы, относящиеся к географической или
окружающей природной среде. Но если мы обратимся к самому понятию
«естествознание», то можем отметить, что у него есть синоним - «природоведение». Как
известно, в системе среднего образования большая часть этой дисциплины посвящена
рассмотрению именно геолого-географических идей, что отражено в соответствующих
программах, учебниках и учебных пособиях.
В предлагаемом учебном пособии предпринимается попытка синтезировать все три
перечисленные выше традиции. Это позволит студенту-гуманитарию в наиболее общем
виде познакомиться с разными направлениями, развивающимися в рамках
соответствующей дисциплины.
Данное пособие имеет целью познакомить студентов гуманитарных специальностей с
естественно-научной картиной мира, которая составляет существенную часть
человеческой культуры, и показать значение естественно-научной культуры в духовной и
материальной жизни общества и каждого человека в отдельности. Автор исходил из
представлений о том, что многие идеи, на которых строится современное естествознание,
были сформулированы достаточно давно, однако их актуальность не вызывает сомнения,
поэтому именно они должны стать базой курса. Но в то же время большое внимание
уделяется проблемным вопросам естествознания, которые только входят в круг научных
интересов ученых и ждут своего решения.
Особо следует сказать о списках литературы, приводимых после каждой главы.
Поскольку естествознание имеет чрезвычайно широкое поле исследований, которые
относятся ко многим дисциплинам, пришлось ограничиться ссылками только на те
работы, которые были использованы непосредственно при написании данной книги, а
также на ряд работ, которые считаются основополагающими при рассмотрении той или
иной темы. Кроме того, в список литературы включено некоторое количество научно-
популярных изданий и уже изданные учебные пособия, в которых освещается тот или
иной раздел естествознания. Такой список литературы может оказаться полезным для
дальнейшего самостоятельного изучения предмета студентами. Помимо этого можно
порекомендовать журнал «Вестник Российского университета дружбы народов. Серия:
Фундаментальное естественно-научное образование», где публикуются различные
программы, концепции естественно-научных курсов и статьи, затрагивающие широкий
спектр общих концепций естествознания. Полезны и выпуски сборника «Философия
науки», издаваемого Институтом философии Российской академии наук. Большое
количество статей обобщающего характера в популярном изложении по различным
отраслям естествознания публикуется в журнале «Природа».
В написании учебного пособия существенную помощь автору оказало почти
десятилетнее преподавание курса «Концепции современного естествознания» в различных
вузах и работа в Музее землеведения МГУ им. М.В. Ломоносова.
Автор считает приятным долгом поблагодарить своих учителей и коллег, принимавших
участие в обсуждении проблем естествознания. Хотелось бы сказать отдельное спасибо д-
ру геогр. наук, проф. Ю.Г. Симонову: автору выпала огромная честь прослушать
специальный курс лекций «История и методология геоморфологии». Под влиянием этих
лекций, а также длительных бесед с Ю.Г. Симоновым сложились многие представления
автора в области естествознания. Это особенно заметно проявилось в главах,
посвященных проблемам пространства и времени, системности в естествознании, а также
географической картине мира. Огромную благодарность автор испытывает к проф. К.
Грегори (К. Gregory), д-ру биолог, наук, проф. Ф.Я. Дзержинскому, д-ру филос. наук, проф.
B.C. Лямину, д-ру биолог, наук, проф. Е.Д. Никитину, д-ру физ.-мат. наук, проф. Ю.Г.
Рудому, канд. геол.-минералог, наук О.П. Иванову, канд. геогр. наук В.И. Мысливцу, канд.
филос. наук Л.Н. Самойлову, канд. геол.-минералог. наук A.A. Наймарку, Г.Ф. Солиен-ко и
многим другим, кто вольно или невольно пробудили и поддерживают до сих пор интерес к
удивительному миру истории и методологии естествознания. Обсуждение с ними
отдельных проблем естествознания позволило выработать ту концепцию естественно-
научной картины мира, которая рассматривается в данном учебном пособии. Работа не
состоялась бы без поддержки моей жены H.A. Бондаревой, историка по образованию, -
первого гуманитария, который доказал, что книгу может понять человек, имеющий
гуманитарное образование. Постоянную техническую поддержку моих трудов
осуществлял И.А. Шемякин, которому также большое спасибо.
Глава 1
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ФЕНОМЕН КУЛЬТУРЫ
§ 1.1. Естественно-научная и гуманитарная культуры
Естествознание как элемент мировоззрения
Стремление человека к познанию окружающего мира бесконечно. Одним из средств
этого познания является естествознание. Оно активно участвует в формировании
мировоззрения каждого человека отдельно и общества в целом. К мировоззрению
относится также социальная установка на понимание смысла жизни, жизненных идеалов,
целей общества и средств их достижения. Мировоззрение - совокупность определенных
знаний, комплекс норм и убеждений, проявляющихся в содержании практической
деятельности. Определенный мировоззренческий и методологический подход к
пониманию мира и объяснению эмпирических фактов выражает стиль мышления. Он
включает в себя применяемые методы исследования, некоторую познавательную и
социальную установку и может быть консервативным, ортодоксальным, критическим,
революционным, конформистским, эклектичным и т.д.
Разные исследователи определяют понятие «естествознание» по-разному: одни ученые
говорят, что естествознание - это система наук о природе, а другие - что это единая наука о
природе. Это противоречие видимое. Структура естествознания иерархична. Будучи
единой системой знания, оно состоит из определенного количества входящих в эту
систему наук, которые в свою очередь состоят из еще более дробных отраслей знания. На
каждой ступени организации естествознания существует свой более или менее развитый
методологический аппарат, который и позволяет считать систему знаний таких ступеней
единой. Не следует забывать, что природа едина. Следовательно, множество естественных
наук является континуумом, т.е. непрерывной совокупностью. Отдельные естественно-
научные дисциплины организованы по правилам, аналогичным естествознанию в целом.
Поэтому и естествознание, и его отдельные отрасли являются некоторой системой
взглядов на всю природу и на ее части.
Во всех определениях естествознания присутствуют два основных понятия - «природа»
и «наука». В широком смысле слова природа - это все сущее в бесконечном многообразии
своих проявлений (Вселенная, бытие, объективная реальность - слова-синонимы), а в