Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе

Н. И. Одинцова, 2019

В пособии представлены материалы по дисциплине «Естественнонаучная картина мира», разработанные в соответствии с ФГОС. Рассмотрены вопросы интеграции естественных наук, сгруппированные в четыре блока: методы научного познания, вещество и поле, пространство и время, универсальные понятия естествознания. В каждом блоке приведены примеры современных естественнонаучных исследований. Даны задания для самостоятельной работы студентов. Пособие адресовано студентам и преподавателям вузов, а также учащимся старших классов и учителям естествознания. Может быть использовано для самообразования в естественнонаучной области. В формате a4.pdf сохранен издательский макет.

Введение

Естествознание — это комплекс естественных наук, взятых в их взаимосвязи, как единое целое. К естественным наукам относят физику, химию, биологию, астрономию, географию. Естествознание — это не просто сумма естественных наук, а, именно, комплекс, система наук, учитывающая все многообразие связей между ними.

Для современного этапа развития естествознания характерна интеграция наук, которая идет двумя путями. Первый путь — появление и бурное развитие новых направлений «на стыке» наук: астрофизика, биохимия, геофизика, физическая химия и др. Второй — возникновение новых междисциплинарных направлений: экология, нанотехнологии, биотехнологии и др. Решение проблем в рамках этих направлений требует привлечения знаний по нескольким естественным наукам.

Что же объединяет все естественные науки и позволяет применять к ним общий термин — естествознание?

Что объединяет все естественные науки?

Во-первых, все естественные науки используют общие методы получения новых знаний: наблюдение, измерение, эксперимент, моделирование и др. Каждое естественнонаучное открытие имеет свою историю. Однако, независимо от того, какое явление и в рамках какой науки исследуется, можно выделить общие этапы научного метода. Естественнонаучный поиск — это всегда движение от накопления фактов к их обобщению и выдвижению гипотезы, далее — от гипотезы к следствиям, а от них к экспериментальной проверке.

Во-вторых, это общий объект изучения — природа. В отличие от гуманитарных наук, исследующих человеческое общество, естественные науки (от «естество» — природа) изучают природные объекты, явления и процессы. Все природные объекты материальны, то есть не зависят от нас и наших знаний о них. Существует два вида материи — вещество и поле, и два атрибута (неотъемлемых свойства) материи — пространство и время.

В-третьих, хотя каждая наука использует свой уникальный язык описания природы, некоторые понятия являются универсальными для всех естественных наук. Например, такие термины как энергия, симметрия, случайность, вероятность, самоорганизация, эволюция широко применяются и в физике, и в химии, и в биологии, и в астрономии. Общим для всех естественных наук является также математическое описание природных объектов. По образному выражению Г. Галилея «книга природы написана на языке математики».

В соответствии со схемой, представленной выше, выстроена логика изложения этого пособия. Оно включает четыре главы: «Методы научного познания», «Вещество и поле», «Пространство и время» и «Универсальные понятия естествознания».

По шутливому выражению биолога А. Маркова «мы — всего лишь приматы с ограниченным объемом рабочей памяти». Именно с этим связано наше стремление изучать тот или иной объект под определенным углом зрения, в рамках того или иного узкого научного направления. Но в то же время, видимо, мы — единственный биологический вид на Земле, а возможно, и во всей огромной Вселенной, который может представить себе Вселенную в целом от звезд и галактик до атомов и элементарных частиц.

Возможность познавать окружающий мир, наслаждаться гармонией единых принципов, описывающих, казалось бы, вовсе не связанные между собой явления, ощутить красоту и изящество фундаментальных законов природы дана каждому из нас. Изучение курса «Естественнонаучная картина мира» направлено на то, чтобы помочь вам реализовать эту уникальную возможность.

Задание 1. Докажите, что для современного этапа развития естествознания характерна интеграция наук. Для этого изучите примеры научных исследований по физике, химии, физиологии и медицине, за которые недавно были присуждены Нобелевские премии и приведите пример открытия, которое носит междисциплинарный характер.

Задание 2. Поразмышляйте над следующими высказываниями ученых.

Л. Ландау: «Все науки делятся на естественные, неестественные и противоестественные».

Э. Резерфорд: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок».

И. Кант: «В каждой науке столько истины, сколько в ней математики».

Какие из них носят шутливый характер? Выскажите свои доводы «за» или «против» этих высказываний.