Серия «Высшее образование»

В.Н. САВЧЕНКО В.П. СМАГИН

НАЧАЛА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

КОНЦЕПЦИИ И ПРИНЦИПЫ

Учебное пособие

Ростов-на-Дону

2006 г.

УДК 50(075.8) ББК 20я73 КТК 100

С 13

Рецензенты:

В.Э. Осуховский, Д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой физики Тихоокеанского военно-морского института им. адм. СО. Макарова;

В.К.Батурин, д-р философских наук, профессор, действительный член Российской академии естественных наук

Савченко В.Н.

С 13 Начала современного естествознания: концепции и принципы: учебное пособие / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — 608 с. — (Высшее образование).

ISBN 5-222-09157-0

В данном пособии самым подробным образом рассмотрены основные естественноисторические этапы становления и развития науки, вопросы философии науки и естествознания, фундаментальные концепции, принципы и положения классического механистического и термодинамического, неклассического полевого и квантово-полевого и постнеклассического эволюционно-синергетического и диссипативно-структурного естествознания. Рассмотрены вопросы связи математики и отражаемой ей естественнонаучной реальности мира. В конце каждой главы и некоторых наиболее сложных параграфов даны резюме, предложены вопросы для обсуждения. Дано около 400 тем рефератов и свыше 400 тестовых вопросов для контроля усвоения и аттестации теоретического материала пособия.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения гуманитарных и социально-экономических специальностей вузов, а также для обучающихся по дистанционным технологиям. Пособие может быть полезно преподавателям данной учебной дисциплины и широкому кругу лиц других специальностей и профессий, в том числе, студентам естественнонаучных и инженерно-технических специальностей, всем, интересующимся вопросами истории, становления и развития классического, неклассического и постнеклассическтого естествознания, а также проблемами естествознания новейшего времени и его ролью в развитии науки и культуры.

ISBN 5-222-09157-0 УДК 50(075.8)

ББК 20я73

© Савченко В.Н., Смагин В.П., 2006

© Оформление: издательство «Феникс», 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Популяризация достижений в области естествознания или ее отдельных наук, таких как физика, химия, биология, география, геология, палеонтология, антропология, всегда была предметом интересов многих крупных ученых. В недавнем прошлом как отечественные, так и зарубежные ученые написали немало замечательных книг, раскрывающих достаточно просто, но в то же время точно основы тех или иных наук. Среди них в первую очередь надо отметить книгу великого Альберта Эйнштейна и его тогдашнего ассистента Леопольда Инфельда «Эволюция физики», появившуюся на свет в 1938 году. «Мысль о книге родилась в голове у Эйнштейна, — вспоминал позже Л. Инфельд. — Ой намеревался написать популярную книгу, содержащую основные идеи физики в ее логическом развитии. По Эйнштейну, в физике имеется лишь несколько принципиальных идей, и они могут быть выражены словами. Ни один ученый не мыслит формулами (выделено нами. — Авт.), — говорил он часто». В книге Эйнштейна и Инфельда дается «представление о вечной борьбе изобретательного человеческого разума за более полное понимание законов, управляющих физическими явлениями» , в ней показано, как каждая последующая уточненная картина мира закономерно сменяет предыдущую научную картину. В 60-70-е годы появились книги В. Вай-скопфа «Наука и удивительное», Р. Пайерлса «Законы природы», Р. Фейнмана «Характер физических законов», Нильса Бора «Атомная физика и человеческое познание», Иосифа Шкловского «Вселенная. Жизнь. Разум», Ф. Кем-пфера «Путь в современную физику» Тогда же родоначальник всемирно известного курса теоретической физики, советский физик, лауреат нобелевской премии Лев Ландау, в соавторстве с А. Китайгородским и Ю. Руме-ром, написал популярные книги «Физика для всех» и «Что такое теория относительности». Широкий мировой резонанс вызвала лекция «Две культуры и научная революция», прочитанная английским писателем Чарльзом Сноу в 1959 г. в Кембридже (Англия), затем его книга «Две культуры», в которых рассматривались вопросы взаимодействия гуманитарной и естественнонаучной культур. Несколько позднее на полках книжных магазинов появилась книга выдающегося английского астрофизика Стивена Хокинга «Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр», популярно излагавшая представления о рождении и эволюции Вселенной. Эти книги и проблемы, поднятые в них, предопределили появление в середине 90-х годов в вузах России новой учебной дисциплины — «Концепции современного естествознания». Основные идеи этой дисциплины были заложены в ряде монографий математика и философа академика Никиты Моисеева, программных статьях А. Суханова, В. Арши-нова и В. Буданова «Естественнонаучное образование гуманитариев: на пути к единой культуре» (журнал «Общественные науки и современность», 1994) и А. Суханова «Целостность естественнонаучного образования» (журнал «Высшее образование в России», 1994).

В последней статье профессора А. Суханова впервые была дана примерная программа обсуждаемой дисциплины, вскоре положенная в основу государственного образовательного стандарта. С того времени эта дисциплина — «Концепции современного естествознания» — является обязательным федеральным компонентом по специальностям и направлениям гуманитарного и социально-экономического профиля.

Цели преподавания предлагаемой дисциплины, по сути, направлены на:

? понимание специфики естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры, ее связей с особенностями мышления;

? формирование представлений о ключевых особенностях стратегий естественнонаучного мышления;

? понимание сущности трансдисциплинарных и междисциплинарных связей и идей и важнейших естественнонаучных концепций, лежащих в основе современного естествознания;

? осознание проблем экологии и безопасности жизнедеятельности общества в связи с основными концепциями и законами естествознания;

? формирование представлений о смене типов научной рациональности, о революциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания;

? понимание роли исторических, естественноистори-ческих и социокультурных факторов и законов самоорганизации в процессе развития естествознания и техники, а также в процессе диалога науки и общества;

? формирование представлений о естественнонаучной картине мира как глобальной (универсальной) модели природы, отражающей целостность и многообразие естественного мира.

Основные задачи изучения дисциплины состоят в том, чтобы выработать представления:

? об основных этапах развития естествознания, гали-леево-ньютоновской (классической), неклассической (квантово-полевой) и постнеклассической (эволюционо-синергетической) парадигмах естествознания, об особенностях современного естествознания;

? о принципах научности, методологии и философии науки;

? о концепциях пространства и времени;

? о принципах симметрии и законах сохранения;

? о понятии состояния в естествознании;

? о корпускулярных и континуальных традициях в описании природы;

? о динамических и статистических закономерностях в естествознании;

? о соотношении порядка и беспорядка (хаоса) в природе;

? о самоорганизации в живой и неживой природе;

? об иерархии структур и элементов материи микро-, макро- и мегамиров;

? о взаимосвязях физических, химических и биологических процессов;

? о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе;

? о биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы и принципах систематики;

? о физиологических основах психики, социального поведения, экологии и здоровья человека;

? о месте человека в естественной истории Земли, ан-тропном принципе, о ноосфере и парадигме единой культуры.

Достаточно полно цели и задачи курса сформулировал известный русский современный философ Ю. Г. Волков в одной из своих книг: «В современных условиях физические, химические, биологические, социальные науки изучают отдельные стороны, процессы Вселенной, создавая частичное знание о мире. Синтетические, стыковые науки: физическая химия, геохимия, биофизика, биогеохимия (В. П. Вернадский) — изучают целостно лишь отдельные процессы Вселенной. Космология рассматривает только физический и физико-химический аспект мироздания. В действительности Вселенная не расчленена на отдельные природные и социальные процессы, во Вселенной они выступают в органическом единстве как единое целое. Эволюция Вселенной в прошлом и настоящем имеет направленность на самопознание, потому что человек и его общество являются неотъемлемой рефлекторной частью мироздания. Чтобы рассмотреть Вселенную как единое органическое целое, необходима особая целостная форма идеологии, которая будет представлять собой синтез философского, научного, художественного, экологического знания, дающая целостное знание о мире, о месте и роли человека в нем».

Авторы выражают глубокую благодарность докторам физико-математических наук, профессорам Осуховско-му В. Э. и Юдину В. В., доктору биологических наук, профессору Лукьяновой О. Н., доктору философских наук, профессору Ячину С. Е., доктору философских наук, профессору Батурину В. К., доктору географических наук, профессору Пушкарю В. С. и доктору геолого-минералогических наук, профессору Слезину Ю. Б., которые в разные годы рецензировали и обсуждали наши книги по концепциям современного естествознания, указывали на определенные упущения и неточности в изложении тех или иных принципиальных вопросов курса, предлагали свои варианты, чем способствовали улучшению содержания и качества нашего учебного пособия. Вместе с тем, только мы несем ответственность за изложение того, что и как представлено в данной книге.

Обращаем внимание всех наших читателей, что выделенные курсивом или жирным шрифтом фрагменты текста содержат наиболее важный или наиболее значимый материал, знание которого необходимо для качественного освоения предлагаемого учебного курса.

Все замечания читателей по улучшению содержания учебного пособия будут с благодарностью приняты.

РАЗДЕЛ I

Теоретико-концептуальный и естественноисторический

1. Принципы, методы и философские концепции науки и естественнонаучного познания

1.1. Определение науки и естествознания как отрасли науки

В науке и для науки интересно все. Даже само слово наука. Этимология (от греческого etymon — истина; основное значение слова + логия) русского слова «наука» такова. Это общеславянское слово, образовано оно с помощью приставки «на» от исчезнувшего славянского слова «ука» — ученье. Так что в чисто русском варианте термин наука буквально означает научение. В большинстве же европейских языков синоним нашего слова наука обозначается транслитерациями от латинского слова «scientia», что в переводе означает знание. Видно, что дать однозначное научное толкование этого понятия и понятия самой науки — задача многотрудная, если не сказать вечная.

В широком смысле слова наука есть, во-первых, форма общественного сознания, во-вторых, сфера человеческой деятельности, в-третьих, система социальных институтов (здесь институты понимаются как элементы социальной структуры общества, но не как учебные заведения). В данном учебном курсе нас должен более всего интересовать первый аспект определения науки, т. е. ее интеллектуальная форма, которая непосредственно связана и с определением естествознания. Именно естествознание — это система представлений и понятий о явлениях, естественно существующих в реальном мире. Кстати, привычное, казалось бы, русское слово естествознание необыкновенно философично, глубоко по смыслу. В самом деле, рассмотрим (упрощенно) толкование слова естествознание. Оно заимствовано из старославянского (ст. сл.) языка и образовано из ст.-сл. слова естьство (представляющее собой кальку греческого ousia — сущность, бытие) и слова знание, что дает буквальное толкование исследуемого слова — знание о бытии, знание о сущности, следовательно, естествознание есть, как таковое, онтология (буквально по греч. — учение о бытии). С другой стороны, многие энциклопедические, не толковые, словари (например, знаменитый и переизданный недавно словарь Брокгауза и Ефрона) определяют естествознание просто как естественную историю.

Теперь о сути самой науки как отрасли культуры. Ее основная функция — выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности; ее результат — сумма знаний, лежащих в основе научной картины мира. Наука также есть обозначение отдельных отраслей научного знания. Непосредственные цели науки — описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею законов.

Система наук в современную эпоху (начало XXI века) условно делится на естественные, общественные, гуманитарные и технические науки. Зародившись в древнем мире, в античные времена, в основном в Западной Европе, в странах Средиземноморья, наука, как отрасль культуры и духовности, начала складываться с XVI-XVII веков (с наступлением Нового времени). В ходе исторического развития наука превратилась в важнейший социальный институт, оказывающий значительное, иногда решающее, влияние на все сферы жизни общества и культуры в целом. Ход исторического развития науки позволяет констатировать, что объем научного знания и научной деятельности удваивается с XVII до середины XX века каждые 10-15 лет, а последние 50 лет за каждые 7-8 лет (рост открытий, научной информации, числа научных работников и т. д.). За эти последние четыре столетия неоднократно изменялась ее структура, принципы познания, категории и методы, а также форма организации науки, формировалась ее философия.

За эти годы неоднократно изменилось и определение самой науки. Как уже отмечалось, наука, в западном ее варианте, стала формироваться в XVI-XVII веках, прежде всего, усилиями англичанина Френсиса Бэкона и француза Рене Декарта. Они, развивая логическую и методологическую линии величайшего античного эллина Аристотеля и средневекового мыслителя Роджера Бэкона, ввели в науку основополагающие для того времени методы (буквально с греческого methodos — путь к чему-либо) индукции и дедукции. Эти методы были обоснованы как основной инструмент познания, а наука — как средство покорения природы. Эксперимент был ими указан как главный прием научного исследования или испытания природы (вспомните русское слово «естествоиспытатель»). Стиль мышления в науке, со времен Бэкона и Декарта, Браге и Кеплера, Коперника и Бруно, Галилея и Ньютона, характеризуется: 1) опорой на эксперимент (наблюдение, в астрономии), 2) господством аналитического (математического) подхода, направляющего мышление на поиск простейших первоэлементов реальности (концепция редукционизма). Так исторически возникла наука как своеобразный тип западноевропейской культуры, соединивший в себе чувственность с рациональностью. Это позволяет дать более полное и точное, но не окончательное, определение науки: наука — это особый рациональный (от лат. rationalis — разумный, где корень слова ratio — ум, способность понимания и осмысления) способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или/и математическом доказательстве.