Основные черты современной научной картины мира

Множество теорий, в совокупности описывающих известный человеку мир, синтезируется в единую научную картину мира, т.е. целостную систему представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Одной из первых возникла механистическая картина мира, становление которой связана с именами Галилея и Ньютона. В XIX веке физики (в первую очередь Фарадей и Максвелл) дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Объектом изучения наряду с веществом стали различные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Исследование процессов в макромире привело к коренной ломке классических представлений. Много нового в наши представления о естественнонаучной картине мира внесла научно-техническая революция середины XX века. Возник системный подход, позволивший взглянуть на окружающий мир как на совокупность разномасштабных открытых систем, развитие которых подчиняется общим закономерностям.

Выделяют следующие основные черты современной научной картины мира:

Системность означает признание современной наукой того факта, что любой объект материального мира (атом, планета, организм или галактика) представляет собой сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Наиболее крупной из известных нам систем является Вселенная. Эффект системности проявляется в появлении у целостной системы новых свойств, возникающих в результате взаимодействия ее элементов (например, образование молекул из атомов). Важнейшей характеристикой системной организации является иерархичность, субординация, т.е. последовательное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней. Каждый элемент любой подсистемы оказывается связанным со всеми элементами других подсистем (человек – биосфера – планета Земля – Солнечная система – Галактика и т.д.). Все части окружающего мира теснейшим образом взаимосвязаны.

Глобальный (универсальный) эволюционизм – признание невозможности существования Вселенной и всех менее масштабных структур вне развития. Каждая составная часть мира есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом. В целом естествознание вправе сформулировать лозунг: “Все существующее есть результат эволюции”. На описание движущих сил эволюции любых объектов нашего мира претендует новое междисциплинарное направление – синергетика.

Самоорганизация – наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Механизм перехода в более сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, для систем всех уровней имеет единый алгоритм.

Историчность – признание современной наукой принципиальной незавершенности настоящей, и любой другой картины мира. С течением времени развиваются Вселенная, человеческое общество, изменяются ценностные ориентации и стратегия научного поиска. Эти процессы происходят в разных временных масштабах, однако, их взаимное наложение делает задачу создания абсолютно истинной научной картины мира практически неосуществимой.

Тенденции и темпы развития естествознания

Во второй половине XX века функции науки и, в первую очередь, естествознания стали изменяться. Если раньше основная функция науки заключалась в описании, систематизации и объяснении исследуемых объектов, то теперь наука становится неотъемлемой частью производственного процесса. Современное производство приобретает наукоемкий характер, происходит сращивание научной и производственно-технической деятельности.

Наука не производит непосредственно материальную продукцию, но очевидно, что в основе любого производства лежат научные разработки. Именно это имеется в виду при позиционировании науки как непосредственной производительной силы. Продукцией науки является та научная информация, на базе которой реализуется производство. Закономерность развития науки можно определить, анализируя качественно и количественно скорость роста научной информации (число научных статей, количество научных работников и т.д.).

По некоторым оценкам, темп развития физики, биологии, математики характеризуется приростом 5-7% в год на протяжении последних 300 лет. За каждые 15 лет объем научной продукции возрастает в е раз (е =2,72 – основание натурального логарифма). Это утверждение составляет сущность закономерности экспоненциального развития науки.

Из данной закономерности вытекают следующие выводы. За каждые 60 лет научная продукция увеличивается примерно в 50 раз. За последнюю четверть 20 столетия ее было создано в 6,5 раз больше, чем за всю историю человечества. Не случайно XX век называют веком науки.

Очевидно, что экспоненциальное развитие науки не может продолжаться бесконечно. Кроме того, не вся научная продукция является ценной, и далеко не каждый исследователь вносит существенный вклад в развитие науки. Очевидно, дальнейшее развитие науки должно пойти по пути привлечения прогрессивных методов и технологий исследования, повышения качества научной работы.

Мы уже говорили о том, что к середине двадцатого столетия относят начало глобальной научно-технической революции. Главной движущей силой этой НТР благодаря своим многочисленным приложениям в разных областях человеческой деятельности стала физика. Имеются многочисленные высказывания о том, что ХХ век был не просто веком науки, а веком физики.

Основой для ускоренного развития техники стало создание теории электромагнетизма и электромагнитных волн, квантовой механики и теории относительности. Говоря о технических приложениях физики, мы должны упомянуть радио- и телесвязь, радиолокацию и лазеры, атомную энергетику и ядерное оружие, и многое, многое другое. Особого внимания заслуживает создание компьютера, открывшего перед человечеством новую эру – эру информационных технологий.

Трудно предсказать конкретные перспективы развития науки и техники на долгое время. В литературе имеются многочисленные высказывания о том, что первый век третьего тысячелетия будет, в первую очередь, веком биологии и медицины. Хороший задел для этого был также сделан в XX веке (расшифровка структуры основного носителя передачи наследственной информации – ДНК, генетического кода и механизмов функционирования клеток и наследования признаков при размножении растений, животных и людей). Интенсивное развитие генной инженерии продолжится в нашем веке.

Основные проблемы, на решение которых может надеяться человечество – это победа над раком и СПИДом, многими тяжелыми наследственными заболеваниями; торможение на клеточном уровне процессов старения и увеличение активного периода жизни человека; исследование деятельности мозга и т.д.

Можно с уверенностью предположить, что и физика еще не сказала своего последнего слова. Здесь, в первую очередь, следует надеяться на решение проблемы управляемых термоядерных реакций, что позволит человечеству раз и навсегда решить энергетическую проблему, поскольку топливо для термоядерных реакций практически неисчерпаемо за счет водных ресурсов планеты. Большое значение имеет получение высокотемпературной сверхпроводимости. Создание сверхпроводящих материалов, работающих при температурах порядка сотни градусов Цельсия, позволит передавать электроэнергию без потерь, ускорит быстродействие компьютеров и т.д.

Невозможно предсказать все будущие открытия и изобретения. Можно только ожидать, что помимо решения названных выше проблем, обязательно появятся выдающиеся открытия в науке и технике, которые смогут существенно изменить уровень жизни человека.

 

Естествознание и технологии

Под технологиями понимаются совокупности методов, способов и приемов получения, обработки или переработки сырья с целью приготовления продукции. В то же время технология – научная дисциплина, изучающая различные связи и закономерности, действующие в технологических процессах. Технологией называются также сами операции добычи, обработки, транспортировки, хранения, контроля, являющиеся частью общего производственного процесса.

Основой технологий является естественнонаучное знание. Уже с самых древних времен люди стремились познать законы окружающего мира и обратить их понимание для своей пользы в различных видах деятельности. Много тысяч лет назад в Египте было сделано одно из важнейших изобретений человечества – колесо. Древние египтяне уже многое умели – они строили величественные храмы, огромные пирамиды, занимались ирригационными сооружениями, землеустройством, сельским хозяйством, умели строить большие папирусные лодки для плавания по Нилу и Средиземному морю. Египетские жрецы занимались астрономией, умели предсказывать солнечные затмения. Примерно в третьем веке до нашей эры были канонизированы семь чудес света – великие памятники искусства, архитектуры, строительства. Чудеса света – великолепные инженерные сооружения, при их создании применялись технологии, о сущности которых ученые спорят до сих пор.

Естествознание и технологии всегда находились в тесной взаимосвязи, но характер их влияния друг друга периодически менялся.

Многие века научные результаты вытекали из потребностей общества и развития техники, создание и усовершенствование орудий труда и техники стимулировали развитие науки. В XIX–XX веках положение изменилось: интенсивное развитие науки стимулировало создание новых отраслей техники. Примерно полтора столетия (1850-1990) наука опережала развитие промышленности. В этот период развитие шло по схеме технологического толчка «научное открытие – технология – новый товар».

В настоящее время ситуация изменилась, человечество возвращается к изначально действовавшей схеме вызова спроса «потребность общества – необходимые знания – технология – новый товар». Поворот экономики в последние десятилетия к инновациям, основанным на интегрирующем использовании накопленных человечеством знаний, является реакцией на предельно насущные конкретные потребности общества, а не на потребность применения («внедрения») новых научных открытий.

В наши дни, с накоплением знаний и необходимостью хозяйствования в условиях ограниченных ресурсов, происходит переход к определению потребностей общества и возникновению принципиально нового сегмента современного хозяйства – инновационной системы, генерирующей возрастающий поток инноваций, отвечающих динамично меняющимся общественным потребностям, и формирующих их.

Современная многообразная техника – плод естествознания. Каждый из нас может привести примеры рожденных естествознанием технологий и пользуется ими. Современные технологии базируются в основном на научных открытиях, сделанных в XX веке. При изучении дисциплины «Научные основы инновационных технологий» большое внимание будет уделяться связи конкретных технологий с естественнонаучными явлениями и законами, лежащими в их основе.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение понятию «научная революция». Какие научные революции Вы знаете?

2 Дайте определение понятию «парадигма». Приведите примеры смены парадигм.

2 Охарактеризуйте основные черты современной научной картины мира.

3 Опишите глобальную научно-техническую революцию, начало которой относят к середине прошлого столетия.

4 В чем заключается сущность закономерности экспоненциального развития науки? Почему такое развитие не может продолжаться бесконечно?

5 Почему ХХ век многие ученые называют веком физики? Какие открытия в области физики были сделаны в ХХ веке?

6 Почему ХХI век, возможно, будет веком биологии? На какие открытия в области биологии и медицины может надеяться человечество в ближайшем будущем?

7 Дайте пояснение понятию «технология».

8 Как связаны научные открытия и технологии? Как менялся характер взаимоотношений естествознания и технологий?

9 Приведите примеры известных Вам технологий и явлений, лежащих в их основе.

10 Опишите 7 чудес света как инженерные сооружения. Какие технологии использовались при их создании?

 

Модуль 2 Физические основы инновационных технологий

Механическое движение