Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Научный метод познания

Методология— учение о принципах построения, формах и способах научного познания.

Свойства научного знания: -объективность, достоверность, точность, системность

Эмпирическое и теоретическое познание:- эмпирическое познание основано на опыте, данных экспериментов, теоретическое опирается на данные экспериментов и на систему идей, гипотез

Методы научн. познан.: - наблюдение, измерение, индукция, дедукция, анализ, синтез, абстрагирование, моделирование, эксперимент

Гипотеза:- предположительное суждение о закономерной (причинной) связи явлений; форма развития науки.

Требования к научным гипотезам:- соответствие эмпирическим фактам, проверяемость

Научная теория:- форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности.

Область применимости теории: -ограничена теми рамками, которые возможны для её экспериментальной проверки и набором выводов из постулатов теории

Принцип соответствия:- новая теория, претендующая на более широкую область применимости, чем старая, должна включать последнюю как предельный случай.

 

Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Естествознание:- комплекс естеств. наук о природе

Дифференциация наук:- узкая специализация наук по объектам и методам их исследования, например, физика, химия, биология (в пределах каждой науки своя дифференцация, например, физика плазмы или оптика…)

Интеграция наук:- объединение, взаимопроникновение разных наук с их методами исследований для изучения общего для них объекта исследования (примеры – биофизика, биохимия, физическая химия, геология, астрономия, криминалистика, математическая физика…)

Гуманитарные науки:- обращены к человеческой личности, не имеют эксперимента, их знание субъективно

Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:

- субъективность, нестрогий язык, интерес к частностям изучаемых предметов, сложность проверки

Математика: - язык естествознания

Псевдонаука: -имитация научной деятельности

Отличительные признаки псевдонауки: - фрагментарность, некритический подход к исходным данным, невосприимчивость к критике, отсутствие общих законов, неверифицируемость псевдонаучных данных

 

Развитие научных исследовательских программ и картин мира

Научная программа: - программа исследования Мира с целью получить некое его целостное понимание

Древняя Греция: -появление программы рационального объяснения мира

принцип причинности в первоначальной форме:- (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение:- (причина должна предшествовать следствию)

Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита: - всё состоит из дискретных атомов; всё сводится к перемещению атомов в пустоте

Континуальная исследовательская программа Аристотеля:- всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте

Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ:- обе коснулась части истины, вместе они дают более полное представление о природе

Научная (или натурфилософская) картина мира:- образно-философское обобщение достижений естеств. наук

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира:- о материи, о движении, о взаимодействии, о пространстве и времени, о причинности, акономерности и случайности, о космологии (устройство и происхожд. мира)

Натурфилософская картина мира Аристотеля:- Вселенная конечна; все имеет свою причину и цель; постигать природу математикой невозможно; физические законы не имеют всеобщего характера; природа выстроена по иерархической лестнице; следует не объяснять мир, а классифицировать его составляющие с научной точки зрения.

Научные картины мира:- механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная

 

Развитие представлений о материи

(1 этап) - Фалес:- проблема поиска первоначала, Все многообразие явлений и вещей он сводил к единой основе-первоначалу, которым Фалес считал воду (жил ок. 640 — ок. 546), древнегреческий философ и ученый, основатель так называемой ионийской (милетской) школы, родоначальник античной философии и науки )

Абстракция материи:- вещество; субстрат, субстанция; содержание. Понятие материи как субстрата вещественного мира было выработано в греческой философии в учениях Платона и Аристотеля, при этом материя понималась как неоформленное небытие (meon), чистая потенция

(2 этап) - Механическая картина мира:- материя – есть вещество, состоящее из дискретных корпускул

(3 этап) - Электромагнитная картина мира:- две формы материи — вещество и электромагнитное поле

Волна: - распространяющееся возмущение физического поля

Эффект Доплера:- зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн

(4 этап) - Современная научная картина мира: три формы материи:— вещество, физическое поле, физический вакуум

 

Развитие представлений о движении

------------- (Античность и средневековье)------------

Гераклит: -идея безостановочной изменчивости вещей

Учение Аристотеля о движении:- движение есть атрибут материи, есть разнообразные формы движения

------------- (Новое время – 17_19 века)------------------

Механическая картина мира:- единственная форма движения — механическое перемещение

-------------- (19 век, начало 20 века)--------------------

Электромагнитная картина мира:- движение — не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн)

-----------------Современность)------------------

Понятие состояния системы:- совокупность данных, позволяющих предсказать дальнейшее поведение системы

Движение как изменение состояния

Химическая форма движения:- химический процесс

Биологическая форма движения: -процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы

Современная научная картина мира:- эволюция как универсальная форма движения материи, многообразие форм движения, качественно различных и не сводимых друг к другу

 

Развитие представлений о взаимодействии

Представления Аристотеля о взаимодействии (античность):- одностороннее воздействие движущего на движимое; первоначальная форма концепции близкодействия (передача воздействия только через посредников)

Механическая картина мира (17-19 века):

- концепция взаимодействия (третий закон Ньютона),

- открытие фундаментального взаимодействия (зак. тяготен.),

- принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния)

Электромагнитная картина мира (19 - 20 века):

-- открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное взаимодействие),

- возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передаётся только через материального посредника, т.е. физического поле, причем с конечной скоростью),

- полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создаёт соответствующее поле, которое действует на иные заряды)

Современная научная картина мира (20-21 в.):-

- четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое)

- квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами)

- частицы-переносчики взаимодействий (фотоны, гравитоны, глюоны, промежуточные векторные бозоны)

Фундаментальные взаимодействия - масштаб

- микромир (сильное, слабое и электромагнитное)

- макромир (электромагнитное)

- мегамир (гравитационное)

 

Пространство, время, симметрия

Принципы симметрии, законы сохранения

Понятие симметрии в естествознании:- инвариантность (т.е. неизменность) относительно тех или иных преобразований

Нарушенные симметрии:- неполные симметрии

Структурные уровни и системная организация материи

Микро-, макро-, мегамиры

Вселенная в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир

Критерий разделения на микро-, макро- и мегамир: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним (микро- и мегамир)

Основные структуры микромира: элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы

Основные структуры мегамира: планеты, звёзды, галактики

Единицы измерения расстояний в мегамире: астрономическая единица (среднее расстоянию Земли от Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км.), световой год (путь, который свет проходит за год, т. е. 9,46*10 ¹² км.), парсек (1 пк = 206 265 а. е. = 3,263 светового года = 3,086*10 ¹⁶ м.).

Звезда:- небесное тело, в котором естественным образом происходили, происходят или с необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза

Атрибуты планеты:

- не звезда, - обращается вокруг звезды (например, Солнца)

- достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным и своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел

Галактики — системы из миллиардов звёзд, связанных взаимным тяготением и общим происхождением

Наша Галактика, её основные характеристики:

- гигантская (около 200 млрд звезд), - спиральная,

- диаметр около 100 тыс. световых лет

Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых объектов более 10 млрд. световых лет

Метагалактика:- лишь видимая часть Вселенной (т.е. есть еще и невидимая часть, Метагалактика меньше чем Вселенная)

 

Структуры микромира

Элементарные частицы:- мельчайшие известные частицы физической материи

Фундаментальные частицы –те, что по современным представлениям, не имеют внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны), из них сложены другие (составные) частицы, таковых большинство их нескольких сотен известных частиц

Частицы и античастицы:-отличаются друг от друга только знаком заряда (а всё остальное одинаково) или спина (спин можно приближенно рассматривать как характеристику вращения частицы в роли маленького волчка)

Классификация элементарных частиц: - по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны)

- по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный нейтрон и резонансы)

Взаимопревращения элементарных частиц:- распады на более легкие частицы, рождение новых частиц при столкновениях, аннигиляция (это исчезновение частицы и античастицы при их столкновении с образованием при этом вспышки света – фотонов)

Химические системы

Атом:- мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.

Изотопы:- разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов.

Невозможно классически описать поведение электронов в атоме;

Дискретность электронных состояний в атоме: - электронам разрешен только некий набор энергий в атоме (энергии Е ₁, Е ₂, Е ₃, ……), т.е. это квантование энергий и, аналогично, импульсов, орбит и т.д.

Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация):- переходы идут скачком, практически мгновенно. Переход на более высокую энергию – возбуждение, вообще отрыв электрона от атома - ионизация

Химический элемент:- совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Молекула:- микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию.

Вещества: простые и сложные (соединения): вид материи, который обладает массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и др.). В химии вещества принято подразделять на простые, образованные атомами одного химического элемента, и сложные (химические соединения).

Катализаторы:- вещества, ускоряющие химические реакции. Вещества, замедляющие реакции, называются ингибиторами.

 

Биокатализаторы (ферменты): специфические белки, увеличивающие скорость химических реакций в клетках всех живых организмов. Ферменты — самые активные среди всех катализаторов.

Полимеры: вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; Полимеры делят на природные, или биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы)

Из биополимеров построены клетки всех живых организмов.

Мономеры: вещество, молекулы которого способны реагировать между собой или с молекулами др. веществ с образованием полимера. Важнейшие мономеры — этилен, пропилен, изопрен, винилхлорид, стирол, бутадиен, фенол.

 

Космология (мегамир)

Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции

Космологические представления Аристотеля: шарообразная неоднородная Вселенная, в центре её Земля, все остальные небесные тела вращаются вокруг неё

Геоцентрическая система мира Птолемея:- продолжение идей Аристотеля

Гелиоцентрическая система мира Коперника:- в центре находится Солнце, а Земля и остальные планеты (кроме Луны) вращаются вокруг Солнца

Ньютоновская космология: безграничная, бесконечная, однородная и неизменная Вселенная

Общая теория относительности:- теоретическая основа современной научной космологии

Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества

Космологическая модель Фридмана: Вселенная нестационарна (т.е. меняется, развивается)

Наблюдаемая однородность Вселенной в очень больших масштабах:- везде Вселенная одинакова

Наблюдательное подтверждение нестационарности Вселенной: красное смещение в спектрах галактик, возникающее благодаря эффекту Доплера при их удалении от наблюдателя (разбегание галактик)

Закон Хаббла: скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них

Возраст Вселенной —время, прошедшее с момента начала расширения, современные оценки (12–15 млрд. лет)

Понятие о космологической сингулярности:- начальная точка, из которой родилась Вселенная, в ней были бесконечно большие плотность вещества температура

5-02.Общая космогония (структуры мегамира)

Космогония — наука о происхождении и развитии космических тел и их систем

Основной космогонический сценарий: гравитационная конденсация рассеянного вещества

Основные методы звёздной космогонии:

- построение теоретических моделей строения и эволюции звёзд

- наблюдение большого числа звёзд, находящихся на разных стадиях эволюции

Процессы, обеспечивающие свечение звёзд: гравитационное сжатие, термоядерный синтез, охлаждение горячих недр

Основные характеристики звёзд: спектр излучения, температура поверхности, светимость, размер, масса

Геологическая эволюция

Магнитное поле Земли, его роль для жизни на планете: защита Земли от космической радиации

Внутреннее строение Земли (ядро внутреннее и внешнее, мантия, земная кора ), методы исследования (сейсморазведка)

Формирование прото-Земли из планетезималей (пыль и камни вокруг Солнца):- гравитационное сжатие Земли, разогрев при этом, и начало дифференциации (расслоение на ядро, мантию и земную кору)

Эволюция земной коры: тектоника литосферных плит, их движение по поверхности Земли

Возраст Земли ( 4,5 млрд лет ), методы его оценки (радиометрия земных горных пород и метеоритов)

Возникновение океанов и атмосферы:- выбросы газов и паров воды из вулканов и трещин земной коры

Атмосфера Земли, ее структура (тропосфера, стратосфера, ионосфера ) и химический состав (80% азота, около 20% кислорода и около 1% всех остальных газов, в том числе и углекислого)

 

Эволюция живых систем

Эволюция, ее атрибуты: самопроизвольность, необратимость, направленность (от простого к сложному)

Дарвинизм: наследственность, изменчивость, естественный отбор

Генофонд: совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию

Борьба за существование: естественный отбор особей с наилучшими показателями

Синтетическая (т.е. современная) теория эволюции, её основные положения:

– элементарная эволюционная структура – популяция

– элементарный наследств. материал – генофонд популяции

– элементарное явление эволюции – изменение генофонда популяции

– элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция,

– единственный направляющий фактор эволюции — естественный отбор

Микроэволюция: совокупность эволюционных процессов, протекающих внутри отдельных или смежных популяций вида, приводящих к изменению генетической структуры этих популяций, возникновению различий между организмами и образованию новых видов (идет довольно быстро, поэтому доступна исследованию)

Макроэволюция: эволюция надвидовых таксонов. В широком смысле это вся эволюция жизни на Земле (идет миллионы лет, недоступна непосредственному наблюдению)

 

Генетика и эволюция

Генетика: наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Ген: участок молекулы геномной нуклеиновой кислоты, характеризуемый специфической последовательностью нуклеотидов, представляющий единицу функции

Аллель: различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом; определяют варианты развития одного и того же признака

Рецессивные и доминантные гены: рецессивные – проявляют себя только во втором поколении потомства; доминантный- преобладает в проявлениях у потомства

Гомозиготы (клетка или организм с одной и той же формой одного и того же гена), гетерозиготы (различные формы одного и того же гена)

Хромосомы: структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК (т.е. это ДНК облепленная белком)

Геном: cовокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма (клетки)

Генотип: cовокупность всех генов данного организма (всех клеток организма)

Фенотип: совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития. Складывается в результате взаимодействия наследственных свойств организма — генотипа и условий среды обитания (не наследуется потомством).

Свойства генетического материала: дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность

Изменчивость: наследуемая (генотипическая, мутационная)

И зменчивость: ненаследуемая (фенотипическая, модификационная)

Свойства мутаций: случайность, внезапность, ненаправленнность, неоднократность и наследуемость

 

6. Биосфера и человек

Экосистемы

Понятия об экосистеме (единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания) и биогеоценозе (однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов)
Элементы экосистем (биотоп - участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными условиями среды, занятый определенным биоценозом., биоценоз - совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема)
Биотическая структура экосистем: продуценты, консументы, редуценты

Продуцент:- организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи первым звеном

Консумент:- организмы, являющиеся в пищевой цепи потребителями органического вещества

Редуцент:- организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы — продуценты.

Виды природных экосистем (озеро, лес, пустыня, тундра,.., океан, биосфера)
Пищевые (трофические) цепи, пирамиды

Энергетические потоки в экосистемах, правило 10% (Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительно постоянна. При переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной энергии не воспринимается, а часть расходуется на дыхание. В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз (“правило 10%”))
Экологические факторы: биотические и абиотические факторы, антропогенные факторы

Формы биотических отношений (хищник-жертва, паразитизм, нейтрализм)

Толерантность:- Способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Среда обитания ( природная и созданная человеком ) и экологическая ниша ( совокупность всех факторов природной среды, в пределах которых возможно существование того или иного вида организмов )

 

Биосфера

Понятие о биосфере:- область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Вещество: живое, косное, биокосное, биогенное

Системные свойства биосферы: постоянство массы живого вещества в ходе геологических периодов

Системные свойства биосферы: постоянство числа видов на протяжении геологических периодов

Геохимические функции живого вещества:

- газовая, - концентрационная, - деструктивная, - средообразующая, - энергетическая

Биогенная миграция атомов химических элементов:- перенос атомов с помощью живых существ

Биогеохимические принципы миграции: стремление к максимуму проявления

Биогеохимические принципы миграции: эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию

 

Человек в биосфере

Антропогенез:- изучает происхождение человека в процессе историко-эволюционного развития.

Палеонтология:- наука о вымерших растениях и животных, о смене их во времени и пространстве

Основные этапы эволюции рода Homo и его предшественников (стадиальная концепция): протоантропы (австралопитеки), архантропы, палеоантропы, неоантропы

Виды:

– Человек умелый (Homo habilis),

– Человек прямоходящий (Homo erectus)

– Человек разумный (Homo sapiens)

Характерные особенности человека: трудовая деятельность, использование огня, развитие речи, способность к абстрактному мышлению, наличие фонда социальной и культурной информации

Возрастание роли социальных эволюционных факторов (передача накопленных знаний, технологий, традиций) и ослабление биологических (движущего и дизруптивного отборов, изоляции, популяционных волн)

Неолитическая революция:- перехода от присваивающего хозяйства (собирательство, охота) к производящему (земледелие, скотоводство)

Экологические последствия неолитической революции:- начало исчезновения лесов, опустынивание

Коэволюция:- совместное развитие общества и природы

 

Научный метод познания

Методология— учение о принципах построения, формах и способах научного познания.

Свойства научного знания: -объективность, достоверность, точность, системность

Эмпирическое и теоретическое познание:- эмпирическое познание основано на опыте, данных экспериментов, теоретическое опирается на данные экспериментов и на систему идей, гипотез

Методы научн. познан.: - наблюдение, измерение, индукция, дедукция, анализ, синтез, абстрагирование, моделирование, эксперимент

Гипотеза:- предположительное суждение о закономерной (причинной) связи явлений; форма развития науки.

Требования к научным гипотезам:- соответствие эмпирическим фактам, проверяемость

Научная теория:- форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности.

Область применимости теории: -ограничена теми рамками, которые возможны для её экспериментальной проверки и набором выводов из постулатов теории

Принцип соответствия:- новая теория, претендующая на более широкую область применимости, чем старая, должна включать последнюю как предельный случай.

 

Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Естествознание:- комплекс естеств. наук о природе

Дифференциация наук:- узкая специализация наук по объектам и методам их исследования, например, физика, химия, биология (в пределах каждой науки своя дифференцация, например, физика плазмы или оптика…)

Интеграция наук:- объединение, взаимопроникновение разных наук с их методами исследований для изучения общего для них объекта исследования (примеры – биофизика, биохимия, физическая химия, геология, астрономия, криминалистика, математическая физика…)

Гуманитарные науки:- обращены к человеческой личности, не имеют эксперимента, их знание субъективно

Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:

- субъективность, нестрогий язык, интерес к частностям изучаемых предметов, сложность проверки

Математика: - язык естествознания

Псевдонаука: -имитация научной деятельности

Отличительные признаки псевдонауки: - фрагментарность, некритический подход к исходным данным, невосприимчивость к критике, отсутствие общих законов, неверифицируемость псевдонаучных данных