Дмитриева В.Ф., Михайлов М.А., Икренникова Ю.Б. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

Кафедра физики и высшей математики

Дистанционно

обучение

Физ.мат.-3.22.0604 зчн.плн. Физ.мат.-3.22.3513 зчн.плн.

Физ.мат.-3.22.0604 зчн.скр. Физ.мат.-3.22.3513 зчн.скр.

Физ.мат.-3.22.0605 очн.плн. Физ.мат.-3.22.0204 зчн.плн.

Физ.мат.-3.22.0605 очн.скр. Физ.мат.-3.22.0204 зчн.скр.

Физ.мат.-3.22.0606 очн.плн. Физ.мат.-3.22.0211 зчн.плн.

Физ.мат.-3.22.0606 очн.скр. Физ.мат.-3.22.0211 зчн.скр.

Физ.мат.-3.22.0611 очн.плн. Физ.мат.-3.22.0524 зчн.плн.

Физ.мат.-3.22.0611 очн.скр. Физ.мат.-3.22.0524 зчн.скр.

В.Ф. Дмитриева,

М.А. Михайлов, Ю.Б. Икренникова

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебно-практическое пособие

для студентов специальностей:

0604, 0605, 0606, 0611, 3513, 0204, 0211, 0524

Часть 1

www.msta.ru

Москва – 2004 4090

УДК - 5

ББК 20

Д 53

дисциплине «Концепции современного естествознания». – М., МГУТУ, 2004 г.

Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО

В работе изложены основные вопросы курса «Концепции современного

естествознания». В пособии даны общие методические указания по работе над

курсом КСЕ, список литературы, рекомендуемой для изучения курса, рабочая

программа дисциплины, учебные материалы по разделам курса, вопросы для

самоконтроля, тесты к каждому разделу, итоговый тест ко всему курсу КСЕ,

основные термины, встречающиеся при изучении дисциплины.

Предназначено для студентов I курса заочной (полной и сокращенной)

формы обучения, специальностей: 0604, 0605, 0606, 0611, 3513, 0204, 0211,

0524.

Авторы: Дмитриева Валентина Феофановна, Михайлов Михаил Анатольевич,

Икренникова Юлия Борисовна

Рецензенты: д. ф.-м. н., проф. Троян В.И.

к. ф.-м. н., доц. Рябов В.А.

Редактор: Свешникова Н.И.

109004, Москва, Земляной вал, 73

СОДЕРЖАНИЕ

ЧАСТЬ 1

1. Цели и задачи дисциплины ……………………………………………… 4

2. Общие методические указания …………………………………………. 5

3. Литература ……………………………………………………………….. 6

4. Рабочая программа ………………………………………………………. 6

5. Развитие естественнонаучного мышления до начала 20 века ………... 9

Контрольные вопросы …………………………………………………... 21

Тест ……………………………………………………………………….. 22

6. Основные физические концепции современного естествознания …… 22

Контрольные вопросы ………………………………………………….. 32

Тест ………………………………………………………………………. 32

7. Основные концепции современной космологии ……………………… 33

Контрольные вопросы ………………………………………………….. 46

Тест ………………………………………………………………………. 47

ЧАСТЬ 2

8. Симметрия в природе …………………………………………………... . 4

Контрольные вопросы ………………………………………………….. . 7

Тест ……………………………………………………………………….. 7

9. Концепция эволюции органического мира ……………………………. 8

Контрольные вопросы ………………………………………………….. 11

Тест ……………………………………………………………………….. 11

10. Возникновение и развитие жизни …………………………………….. 12

Контрольные вопросы ………………………………………………….. 17

Тест ………………………………………………………………………. 17

11. Концепция биосферы и ноосферы …………………………………….. 18

Контрольные вопросы ………………………………………………….. 21

Тест ……………………………………………………………………… 21

12. Понятие о картине мира ………………………………………………. 22

Контрольные вопросы …………………………………………………. 24

13. Итоговый тест …………………………………………………………… 24

14. Вопросы для самопроверки …………………………………………… 27

15. Основные термины ……………………………………………………. 29

16. Ответы к тестам ……………………………………………………….. 39

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины “Концепции современного естествознания”

преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным

направлениям, с дополнительным для них неотъемлемым компонентом

культуры - естествознанием, и формирование целостного взгляда на

окружающий мир. Необходимость изучения этой дисциплины вызвана тем, что

сейчас рациональный естественнонаучный метод проникает и в гуманитарную

сферу, участвуя в формировании сознания общества, и вместе с тем

приобретает все более универсальный язык, адекватный философии,

психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникающая сегодня

тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно противостоящих

компонентов культуры созвучна потребности общества в целостном

мировидении и подчеркивает актуальность дисциплины.

Данная дисциплина представляет собой не просто совокупность

избранных глав традиционных курсов астрономии, физики, химии, биологии,

психологии, экологии и других естественных дисциплин, а является продуктом

междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского

и эволюционно-синергетического подхода к современному естествознанию.

Основными задачами курса в ВУЗах являются:

1. Понимание специфики гуманитарного и естественнонаучного

компонентов культуры.

2. Понимание задач и возможностей рационального естественнонаучного

метода.

3. Изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, к

которым сводится множество частных закономерностей физики, химии,

биологии и других естественных наук.

4. Формирование ясного представления о физической картине мира как

основе целостности и многообразия природы.

5. Понимание принципов преемственности и непрерывности в изучении

природы.

6. Осознание проблемы экологии и общества.

7. Формирование представлений о революциях в естествознании и смене

научных парадигм.

8. Формирование представлений о принципах универсального

эволюционизма и синергетике.

9. Понимание роли законов самоорганизации в процессе развития

естествознания и техники.

В области концепции современного естествознания студент должен иметь

представление:

- об основных этапах развития естествознания, особенностях

современного естествознания, ньютоновской и эволюционной парадигмах;

- о концепциях пространства и времени;

- о принципах симметрии и законах сохранения;

- о корпускулярной и континуальной теориях;

- о динамических и статистических закономерностях в естествознании;

- о соотношении порядка и беспорядка в природе;

- упорядоченности строения физических объектов, перехода их

упорядоченного в неупорядоченные состояниях и наоборот;

- о самоорганизации живой и неживой природы;

- об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и

мегамира;

- о взаимодействии химических, физических и биологических процессов;

- о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития

живых систем, их целостности и гомеостазе;

- об иерархичности, уровнях организации и функциональной асимметрии

живых систем;

- об биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости

биосферы;

- о физических основах психики, социального поведения, экологии и

здоровье человека;

- о взаимодействии организма и среды, сообществах организмов,

экосистемах, принципах охраны природы и рационального

природопользования;

- о месте человека в эволюции Земли, о ноосфере и парадигме единой

культуры.

2. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная

работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедра

организует чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы.

Поэтому процесс изучения состоит из следующих этапов: 1) проработка

лекций; 2) самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями; 3)

выполнение контрольной работы; 4) прохождение лабораторного практикума;

5) сдача зачетов и экзаменов.

В процессе изучения дисциплины каждый студент должен выполнить

контрольную работу.

Во время экзаменационно-лабораторных сессий проводятся лабораторные

работы. Цель лабораторного практикума – не только изучить те или иные

явления природы, убедиться в правильности теоретических выводов,

приобрести соответствующие навыки в обращении с приборами, но и более

глубоко овладеть теоретическим материалом.

На экзаменах и зачетах в первую очередь выясняется усвоение основных

теоретических положений программы и умение творчески применять

полученные знания к решению практических задач. Сущность явлений,

законов, процессов должна излагаться четко и достаточно подробно; решать

задачи необходимо без ошибок и уверенно. Любая графическая работа должна

быть выполнена аккуратно и четко. Только при выполнении этих условий

знания по дисциплине «Концепции современного естествознания» могут быть

признаны удовлетворительными.

3. ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Т.Я. Дубнищева. Концепции современного естествознания. – Новосибирск,

ЮКЭА, 1997.

2. Т.Я. Дубнищева, А.Ю. Пигарев. Современное естествознание. –

Новосибирск, ЮКЭА, 1998.

3. С.Х. Карпенков. Концепции современного естествознания. – Москва,

ЮНИТИ, 1997.

4. В.И. Курзецов, Г.М. Идлис, В.Н. Гутина. Естествознание. – Москва, АГАР,

1996.

5. В.Ф. Дмитриева, В.Л. Прокофьев. Основы физики. - М., Высшая школа, 2001.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. И. Пригожкин, И. Стангерс. Порядок из хаоса. – М., Мир, 1986.

2. Н.Н. Моисеев. Человек и ноосфера. – М.: Прогресс, 1990.

3. Г. Хакен. Синергетика. – М.: Мир, 1980.

4. В.И. Вернадский. Химическое строение биосферы Земли и ее окружение. -

М.: Наука, 1965.

5. В.Г. Афанасьев. Мир живого: Системность, эволюция и управление. – М.:

изд. Полит. Литература, 1986.

6. Основы общей биологии. Под общей ред., Э. Либберта. – М.: Мир, 1982.

7. И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с

природой. – М.: Прогресс, 1986.

8. И.С. Шкловский. Вселенная, жизнь, разум. – М.: Наука, 1998.

9. Советский энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1989.

4. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

I . Введение

Предмет и методы естествознания. Естественные и гуманитарные науки.

Две культуры как отражение двух типов мышления. Проблемы двух культур.

Этапы развития естественнонаучного мышления и смена типов научной

рациональности.

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

II. Физический взгляд на окружающий мир

Конструкция пространства и времени. Структурные уровни организации

материи: микро-, макро-, мегамиры. Диапазоны масс, пространственных и

временных интервалов во Вселенной. Физическое моделирование. Понятие о

фундаментальных физических теориях и области их применения.

Статистические и динамические закономерности в природе.

III. Движение объектов материального мира

Механическое движение как простейшая форма движения материи. Мир

Ньютона - массы и силы.

Законы сохранения и принципы симметрии. Детерминизм Лапласа. Законы

Всемирного тяготения. Фундаментальные силы природы.

Энергия вращательного движения. Приливные силы. Момент импульса.

Движение Земли вокруг Солнца. Звездные системы. История планеты Земля.

Понятие о механической картине мира.

Механический принцип относительности. Постулаты специальной теории

относительности. Основной закон релятивистской динамики. Закон

взаимосвязи массы и энергии.

Тепловая форма движения материи. Теплота и температура. Шкала

температур. Первое начало термодинамики. Энергетика химических реакций.

Механический эквивалент теплоты. Тепловая машина Карно. Порядок и

беспорядок. Энтропия. О тепловой смерти Вселенной.

Поле как форма материи. Концепция близкодействия и дальнодействия.

Принцип суперпозиции. Электромагнитное поле. Основы теории Максвелла

для электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Многообразие

диапазонов электромагнитного излучения.

Природа света. Волновые свойства света. Лазер как источник когерентного

света. Голография.

Понятие об электромагнитной картине мира.

IV. Строение объектов материального мира

Развитие взглядов на строение Вселенной. Внутреннее строение Земли.

Идеи структурности материи от Демокрита до наших дней.

Кинетическая теория газов. Броуновское движение. Флуктуация. Ближний

и дальний порядок в природе. Атмосфера. Жидкости, их свойства и структура.

Вода на Земле и в Космосе. Связанная вода. Кристаллические твердые тела.

Проводники и полупроводники. Плазма. Фазовые переходы на Земле и в

Космосе. Географическая оболочка Земли.

Непрерывно-дискретный мир квантовой физики. Модели атома. Принцип

дополнительности и неопределенности. Вероятность как атрибут сложных

систем.

Строение вещества. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

Молекулы и химические связи.

Ядерные превращения. Деление и синтез ядер. Ядерная и атомная

энергетика. Источники энергии Солнца и звезд. Эволюция звезд и звездных

систем. Мир элементарных частиц.

V. Единые принципы изучения неживой природы

Иерархия структур природы. Элементарные частицы и фундаментальные

взаимодействия. Роль фундаментальных констант. Понятие о физическом

вакууме.

Эволюция принципов целостности в физике: вариационные принципы,

принцип дополнительности, принцип симметрии и законы сохранения,

синергетические принципы.

Эволюция Вселенной. Этапы эволюции горячей Вселенной. Планеты.

Звезды. Галактики.

VI. Жизнь. Живые системы

Основные признаки живого. Уровни организации живой материи.

Неорганические и органические соединения. Особенности биологической

формы организации материи. Белки: ферменты и живые машины.

Принципы воспроизводства и развития живых систем. Термодинамические

особенности живых систем.

Клеточное строение организмов. Химический состав клетки. Процессы в

клетке. Макромолекулы. ДНК и РНК. Передача наследственности. Мутации и

естественный отбор.

Дифференциация и интеграция функций в организме. Целостность.

Гомеостаз. Размножение и развитие организмов. Онтогенез.

Возникновение жизни на Земле. Вода в живых организмах.

Происхождение человека. Роль живых организмов в эволюции Земли.

VII. Человек: организм и личность

Особенности физиологии основных систем организма. Биосоциальные

основы поведения. Память, эмоции, творчество и работоспособность. Здоровье

и здоровое потомство. Биологический возраст. Биологически обоснованные

потребности и естественные права человека. Эмоция и здоровье.

VIII. Биосфера и цивилизация

Популяция, сообщества (биоценозы), экосистемы (биогеоценозы).

Принципы их организации. Круговороты вещества и энергия. Биосфера, ее

эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Антропогенные воздействия на

биосферу.

Изменение климата и влияние на него техносферы. Солнечная энергетика.

Источники вредных излучений. Биотехнологии. Борьба с болезнями.

Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле?

IX. Естествознание и перспективы развития цивилизации

Понятие о синергетике. Хаос-Теос-Космос. Принципы синергетики.

Самоорганизация в живой и неживой природе.

Понятие о ноосфере. Человек как часть Вселенной. Земля как живой

организм. Единство живого и неживого мира.

Роль современного естествознания в преодолении энергетического,

экологического и информационного кризисов.

Наука, философия, религия - новые возможности диалога.

Роль синергетического подхода в формировании гармонически развитой

здоровой личности и условий устойчивого развития природы, цивилизации,

общества.

Современная естественнонаучная картина мира.

5. РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ

ДО НАЧАЛА 20 ВЕКА

1 Истоки науки: мифология, религия, античная натурфилософия

В период зарождения человечества восприятие им мира носило

преимущественно мистическо-религиозный характер. Оно отражалось в таких

формах общественного сознания как мифология и религия.

Мифология (от греч. mifos – предание, сказание и logos – слово, понятие,

учение) – один из способов понимания мира, характерный для ранних стадий

общественного развития. Мифология выступает в духовной жизни

первобытного общества как универсальная форма общественного сознания.

Миф – это сказание, являющееся символическим выражением некоторых

событий, имевших место у определенных народов в определенное время. Миф,

как наиболее ранняя форма духовной культуры человечества, объединял в себе

зачатки знаний, религиозных верований, политических взглядов, искусства и

др. Мифам свойственно сближение явлений природы и культуры. Здесь

человеческие черты переносятся на окружающий мир; природа, космос

очеловечивались. Здесь нет четкого разграничения мира и человека, мысли и

чувств, вещественного и идеального.

Множество мифов посвящены различным космическим темам, где

делается попытка ответить на вопрос о происхождении мира, которое

выступало как некоторое творение, постепенное развитие мира из

бесформенного состояния (хаос) в упорядоченное (космос). Наряду с вопросом

о происхождении мира ставятся вопросы о происхождении людей, их

рождения, жизни и смерти. Существует множество мифов о культурных

достижениях человека (добывании огня, земледелии, обычаях, обрядах и др.).

Позднее, у развитых народов, мифы связываются друг с другом,

выстраиваются в единые повествования, которые выражаются в литературном

изложении («Илиада» в Древней Греции, «Рамаяна» в Индии и др.).

В настоящее время мифы вошли в гуманитарную культуру многих народов

мира. Они выражены в литературе, живописи, скульптуре, музыке и др.

Наряду с мифологией, как определенной формой мировоззрения,

выступает религия. Религия (от лат. religio – благочестие, набожность,

святыня) – форма мировоззрения и мироощущения, в которой освоение мира

осуществляется через его удвоение на: 1) «земной», естественный,

воспринимаемый органами чувств и 2) «небесный», сверхчувственный. Основу

религии составляет вера – принятие чего-либо за истину, не нуждающееся в

подтверждении со стороны чувств и разума. Внешней формой проявления веры

выступает культ – система утвердившихся ритуалов, которые нередко связаны

с верой в сверхчувственные свойства мертвеца (погребальный культ),

почитанием богов и богинь плодородия (аграрный культ) и др.

В качестве различных форм первобытной религии выступают такие как,

например, тотемизм и анимизм. Тотемизм – вера в таинственную связь

человеческих групп (родов) с теми или иными видами животных или растений.

Наиболее ярко тотемические верования в наше время сохранились у аборигенов

Австралии, где в качестве тотема - животного или растения покровителя

выступали: Кенгуру, Змея, Ворон и др. Анимизм – вера в невидимых «духов»

или «души».

Мифология и религия, наряду с античной натурфилософией, которая

рассматривается ниже, явились одними из главных истоков возникновения и

дальнейшего развития науки.

Под натурфилософией понимается совокупность философских попыток

истолковать и объяснить природу на основе общего знания о ней, выяснить

связи и закономерности явлений природы.

Греческая античная натурфилософия начинает формироваться в 7-6 вв. до

н.э. Расцвет ее приходится на классический этап (с половины 5 в. и

существенная часть 4 в. до н. э.). Следующий третий этап (эллинистический)

приходится на конец 4 – 2 в. до н. э. Наконец, выделяют четвертый (Римский)

завершающий этап античной натурфилософии (1 в. до н. э. – 5-6 вв. н.э.).

Среди основных направлений античной натурфилософии следует

выделить: математическую программу (Пифагор, Платон), атомизм (Левкипп,

Демокрит, Эпикур), континуальную программу Аристотеля.

Математическая программа. Согласно большинству сведений, Пифагор

происходил с острова Самос, расположенного вблизи ионийского побережья

Малой Азии. Его жизнь приходится на период между 584 (582) – 500 г. до н. э.

Конкретные обстоятельства его жизни мало известны. Известно, что он посетил

Египет, где изучал медицину, математику, астрономию, метеорологию;

Вавилон, где познакомился с учением пророка Заратустры; Индию.

В 540 г. до н. э. Пифагор перебирается в город-порт Кротон в южно-

итальянской колонии Греции. Здесь он организует из сторонников местной

аристократии пифагорейский союз, с целью проведения нравственно-

религиозного реформирования жизни, который просуществовал до 4 в. до н. э.,.

Он обосновывает целесообразность сохранения во всем вечного и неизменного

порядка. Пифагор и пифагорейцы много внимания уделяют математике,

особенно отношениям чисел. Отсюда появляется воззрение, что принципы

математики, числа являются и принципами мира, а числовые отношения,

пропорции – отражением гармонии самого мира. В мире господствует порядок

и гармония. Отсюда мир получает название «Космос».

Основные положения пифагореизма можно свести к следующим:

1) мир упорядоченный «Космос»;

2) упорядоченность возникает как следствие существования некоего

всепроникающего разума;

3) «… все происходящее в мире повторяется через определенные

промежутки времени…» (Порфирий). Такая позиция характерна и для

восточных религий.

4) т.к. за видимым миром обнаруживается вневременной порядок, то его

сущностью выступают количественные отношения действительности.

Атомистическая программа. Одним из ярких представителей атомизма

явился Демокрит (ок. 460-370 гг. до н. э.). Демокрит происходит из знатного

семейства в Абдерах, Фракия. Он унаследовал значительное имение, что

позволило ему полностью посвятить себя науке. Демокрит много путешествует.