Реферати » Реферати по біології » Основи природознавства

Основи природознавства

Основи природознавства

Природно - наукова картина світу.

Наукова картина світу це - безліч теорій в сукупності описують відомий людині природний світ, цілісна система уявлень про загальні принципи і законах пристрої світобудови. Спеціальні картини світу як особлива форма теоретичних знань є продуктом тривалого історичного розвитку науки. Вони виникли в якості щодо самостійних фрагментів загальнонаукової картини світу на етапі формування дисциплінарно організованої науки (кінець XVIII - перша половина XIX ст.).

Механічна картина світу.

Найважливішу роль в побудові механічної картини світу зіграли: принцип матеріальної єдності світу, що виключає схоластичне поділ на земний і небесний світ; принцип причинності і закономірності природних процесів, принципи експериментального обгрунтування знання і установка на з'єднання експериментального дослідження природи з описом її законів мовою математики. Забезпечивши побудову механічної картини світу, ці принципи перетворилися на її філософське обгрунтування. Механічна картина світу. Багато поколінь вражала і продовжує вражати велична і цілісна картина світу, яка була створена на основі механіки Ньютона. Згідно Ньютону, весь світ складається "з твердих, невагомих, непроникних, рухливих частинок". Ці "первинні частинки абсолютно тверді: вони незмірно більш тверді, ніж тіла, які з них складаються, настільки тверді, що вони ніколи не зношуються і не розбиваються вщент." Відрізняються вони один від одного головним чином кількісно, ??своїми масами. Все багатство, все якісне різноманіття світу - це результат відмінностей у русі частинок. Внутрішня сутність частинок залишається на другому плані. Підставою для такої єдиної картини світу послужив всеосяжний характер відкритих Ньютоном законів руху тіл. Цим законам з дивовижною точністю підпорядковуються як величезні небесні тіла, так і найдрібніші піщинки, гнані вітром і навіть вітер - рух невидимих ??оком частинок повітря - підпорядковується тим же законам. Однак проста механічна картина світу виявилася не спроможною. з'ясувалося, що електромагнітні процеси не підкоряються законам механіки Ньютона.

Електромагнітна картина світу.

Ця модель природи виникла наприкінці XIX в. Ідеї, які лягли в її основу, почали формуватися у фізиці задовго до її затвердження. У той час ще панував механістичний спосіб мислення. Але він вже не був у змозі пояснити нові емпіричні факти, отримані в різних «не механічно» областях дослідження. Закон збереження енергії відіграв велику роль у відкриттях, пов'язаних з електричними і магнітними явищами. «Беручи на себе завдання відшукати закони електрики, ми бачимо, що не володіємо ніяким іншим доступним допоміжним засобом дослідження, окрім як єдино і виключно принципом збереження енергії» , - говорив Макс Планк. Перші дослідження з електрики і магнетизму почалися ще задовго до відкриття закону збереження і перетворення енергії.

До Фарадея ніхто не говорив про те, що силове поле - це не результат механічних переміщень тіл, не формальна схема, яка необхідна для пояснення явищ, що воно саме по собі є матеріальною субстанцією. Подальший розвиток уявлень про поле пов'язане з Максвеллом. Всі закони природи зводилися до законів електромагнетизму, які математично виражалися рівняннями Максвелла. Речовина уявлялося що складається з електрично заряджених частинок. Ставилося завдання «побудувати модель атома, складеного з певних поєднань позитивного і негативного електрики» .

Революція в природознавстві і зміна колишньої картини світу.

Ейнштейнівська революція (рубіж XIX-XX століть). Її зумовила серія відкриттів (відкриття складної структури атома, явище радіоактивності, дискретного характеру електромагнітного випромінювання і т.д.). У результаті була підірвана, найважливіша передумова механістичної картини світу - переконаність у тому, що за допомогою простих сил діючих між незмінними об'єктами можна пояснити всі явища природи.

Фундаментальні основи нової картини світу: загальна і спеціальна теорія відносності (нова теорія простору і часу призвела до того, що всі системи відліку стали рівноправними, тому всі наші уявлення мають сенс тільки в певній системі відліку. Картина світу придбала релятивний, відносний характер, видозмінилися ключові уявлення про простір, час, причинності, безперервності, відкинуто однозначне протиставлення суб'єкта та об'єкта, сприйняття виявилося залежним від системи відліку, до якої входять і суб'єкт і об'єкт, способу спостереження і т.д.) квантова механіка (вона виявила імовірнісний характер законів мікросвіту і непереборний корпускулярно-хвильовий дуалізм в самих основах матерії).

Стало ясно, що абсолютно повну і достовірну наукову картину світу не вдасться створити ніколи, будь-яка з них має лише відносної істинністю. Пізніше в рамках нової картини світу відбулися революції в приватних науках в космології (концепція не стаціонарної Всесвіту), в біології (розвиток генетики), і т.д. Таким чином, протягом XX століття природознавство дуже сильно змінила свій вигляд, у всіх своїх розділах. Три глобальних революції визначили три тривалих періоду розвитку науки, вони є ключовими етапами у розвитку природознавства. Це не означає, що лежать між ними періоди еволюційного розвитку науки були періодами застою.

Концепція необоротності й термодинаміки.

Поняття часу в класичній термодинаміці.

Класичну термодинаміку Клаузіуса здавна називають королевою наук. Це чудова наукова система, деталі якої ні за красою, ні по блискучій закінченості не поступаються всій системі в цілому. Останні слова належать М. Планку. Таку славу вона здобула завдяки граничної широті і універсальності свого фундаменту - першого і другого, почав, яким покликане підкорятися все суще. Саме тому термодинаміці судилося зіграти роль стартового майданчика при розробці загальної теорії природи.

Відкриті системи і нова термодинаміка.

Але класична термодинаміка не знайома з часом і простором: вона визнає тільки такі поняття, як спокій (рівновагу), для якого не існує часу, і однорідність, для якої байдужа протяжність в просторі. Цей недолік особливо відчутний для інженера, сильно стесненного рамками часу і простору.
Щоб справитися з вказаною трудністю, Онзагером була запропонована термодинаміка необоротних процесів, вже містила і час, і простір, і ефекти виділення теплоти тертя в необоротних (нерівноважних) процесах. Це був революційний крок принципової важливості. Проте теорія Онзагера як і раніше має в своїй основі другий закон класичної термодинаміки, за допомогою якого вводиться поняття ентропії, справедливою лише для стану рівноваги. Тому, строго кажучи, застосування термодинаміки Онзагера обмежується лише процесами, нескінченно мало отклоняющимися від станів рівноваги. Цей напрямок одержав широкий розвиток, особливо в рамках нідерландсько-бельгійської школи; термодинаміка необоротних процесів стала іменуватися термодинамікою нерівноважних процесів, але фундамент її не зазнав, змін.

Відкриті системи та нерівноважна термодинаміка.

Нерівноважна термодинаміка відкритих систем вивчає істотно нерівноважні процеси. У їх описі ключову роль грає поняття зростання ентропії системи за рахунок процесів, що відбуваються всередині неї. Такий підхід призвів до нового погляду на звичні поняття. Видатна роль у розвитку даного наукового напрямку належить І.Р. Пригожину, удостоєному за свої роботи Нобелівської премії в 1977 році. Великий вклад внесли також Л. Берталанфі, Л.Онзагер, Л. І. Мандельштам, М.А.Леонтовіч, М.Ейген, Г.Хакен. Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, отримали назву дисипативних. В таких системах енергія упорядкованого руху переходить в енергію неупорядкованого хаотичного руху, тобто в тепло. Якщо замкнуту систему вивести зі стану рівноваги, то в ній почнуться процеси, які повертають її до стану термодинамічної рівноваги, в якому її ентропія досягає максимального значення. З часом ступінь нерівноважності буде зменшуватися, однак, в будь-який момент часу ситуація буде нерівноважної. У разі відкритих систем відтік ентропії назовні може врівноважити її зростання в самій системі. У цих умовах може виникнути і підтримуватися стаціонарний стан. Такий стан Берталанфі назвав поточним рівновагою. За своїми характеристиками поточне рівновага може бути близько до рівноважним станам. У цьому випадку виробництво ентропії мінімально (теорема Пригожина). Якщо ж відтік ентропії перевищує її внутрішнє виробництво, то виникають і розростаються до макроскопічного рівня великомасштабні флуктуації. За певних умов у системі починає відбуватися самоорганізація - створення упорядкованих структур з хаосу. Ці структури можуть послідовно переходити у все більш складні стану. Такі утворення в дисипативних системах Пригожин назвав дисипативними структурами.

Самоорганізація у відкритих системах.

Одним з результатів впровадження принципу універсального еволюціонізму було виникнення синергетики. У класичній науці панувало переконання, що матерії властива тенденції до зниження ступеня її впорядкованості, прагнення до рівноваги, що в енергетичному сенсі означає хаотичність. Коли принцип еволюціонізму, був поширений на інші рівні організації матерії, протиріччя стало ще помітніше. Стало очевидно, що для збереження цілісної не суперечливі картини світу потрібно визнати, що в природі діє не тільки руйнівний, але і творчий принцип. Що матерія здатна самоорганізовуватися і самоусложняться. На хвилі цих проблем виникла синергетика - теорія самоорганізації. В даний час вона розвивається за кількома напрямками: синергетика (Г. Хакен), нерівноважна термодинаміка (І. Пригожин) та ін Загальними положеннями для всіх для них є наступні: процеси руйнування і творення у Всесвіті щонайменше рівноправні. процеси творення наростання складності і впорядкованості) мають єдиний алгоритм незалежно від природи систем в яких вони здійснюються. Таким чином, синергетика ставить перед собою завдання виявлення нікого універсального механізму, за допомогою якого здійснюється самоорганізація як у живій, так в неживій природі. Під самоорганізацією в даному випадку розуміється спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш складного до більш складних і впорядкованим формам організації. Об'єктами синергетики є системи, які 1. Відкриті, тобто, здатні обмінюватися речовиною з навколишнім зовнішнім середовищем; 2. нерівноважні, тобто, що знаходяться в стані далекому від термодинамічної рівноваги. Розвиток таких систем, що приводить до поступового наростання складності, протікає в такий спосіб перша фаза - період

Сторінки: 1 2