Природа как единый объект исследования естествознания

Этапы развития физического знания                                                           7

Химия в естествознании. Периодический закон и периодическая               34

Система химических элементов Д.И.Менделеева

Основная проблема химии как науки                                                            37

Первый этап развития химии - XVII в. Учение о составе веществ        38

Второй этап развития химии как науки - XIX в. Структурная химия   43

Третий этап развития химии как науки - первая половина XX в.              47                            Учение о химических процессах

Четвертый этап развития химии как науки - вторая половина XX в.      51                 Эволюционная химия

Основная цель биологии. Три направления развития биологии                                          54

Традиционная или натуралистическая биология. Биологическая        55        система классификации растений Линнея

Физико-химическая биология                                                                      57

Эволюционная биология. Теория эволюции Ч. Дарвина                        59

Формы и уровни жизни                                                                                  60

Молекулярно-генетический уровень жизни                                               62

Современное развитие эволюционной теории Ч. Дарвина.                         65

Онтогенетический уровень жизни                                                               71

Популяционно-биоценотический уровень жизни                                     73

Биосферный уровень жизни                                                                          74

 

                                                            

                                                           ЛЕКЦИИ 1- 2. (1)

                                 1.1. Содержание понятия «естествознание»

В настоящее время под термином естествознание понимается, прежде всего, точное естествознание. Точное естествознание - это вполне оформленное (часто в математических формулах) точное знание обо всем, что действительно существует или может существовать во Вселенной. Однако, очевидно, что это знание не является окончательным итогом знаний о Природе, а лишь тем, что известно человечеству на данном этапе его развития.

Круг интересов точного естествознания - от устройства и происхождения Вселенной до познания молекулярных механизмов существования уникального Земного явления - Жизни.

 В систему естественных наук, помимо основных наук: физики, химии и биологии включаются также и множество других - география, геология, астрономия, и даже науки, стоящие на границе между естествен­ными и гуманитарными науками - например, психология. Целью психологов является изучение поведения человека и животных. С одной стороны, психология опирается на научные достижения биологов, работающих в области физиологии высшей нервной деятельности и наблюдающих за деятельностью мозга. С другой стороны, эта наука занимается и социальными, т. е. общест­венными явлениями, привлекая знания из области социологии. Психология, аккумулируя знания всех естественных наук, представляет собой как бы мостик, перекинутый от высшей ступеньки естественного знания к наукам, целью познания которых являются Человек и Общество.

Вы, изучая гуманитарные науки, наверное, прекрасно представляете их взаимосвязь с науками, изучающими Природу. Экономистам не обойтись без знания географии и математики, философам - без основ натурфилософии; социологи взаимодействуют с психологами, а реставраторы старинных картин прибегают к помощи современной химии и т. д. Таких примеров можно привести бесчисленное множество.

Человек восхищается необыкновенно гармоничным устройством Природы, постоянно вступает во взаимоотношения с ней. Попробуйте обойтись хотя бы несколько дней без пищи и воды или воздуха! Мы все - дети Природы. А наука, познающая ее законы, - природоведение или естествознание.

Отличием естествознания как науки от специальных естественных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, "выискивая" наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривает Природу как бы сверху. Отдельные науки - химия, физика или география имеют свои особенности. Естествознание, признавая специфику входящих в него наук, в то же время имеет своей главной целью исследование Природы как единого целого.

Зачем же следует изучать естествознание? Для того, чтобы четко представить себе подлинное единство Природы, то единое основание, на котором построено все разнообразие предметов и явлений Природы и из которого вытекают основные законы, связывающие микро- и макромиры: Землю и Космос, физические и химические явления между собой, жизнью, разумом.

Отсюда вытекают и цели естествознания, которые представляют собой двойную задачу:

ЦЕЛИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ;

1. Выявление скрытых связей, создающих органическое единство всех физических, химических и биологических явлений.

2. Более глубокое и точное познание самих этих явлений.

Это программа продиктована реальным ходом познания Природы.

Природа как единый объект исследования естествознания

Естествознание традиционно подразделяют на физику, химию, биологию и психологию. Физики имеют дело не только со всевозможными материальными телами, но с материей вообще. Химия изучает различные вещества. Предмет исследования биологии - живые организмы, а психология имеет дело с познанием тайн человеческой психики.

Следует, однако, иметь в виду условность такого деления. Дело в том, что сама Природа едина, она не знает наук, изобретенных человечеством для ее познания. Очень часто в центре исследования самых разнообразных естественных наук стоит всего одно какое-нибудь природное явление, которое изучается с разных точек зрения, с позиций разных естественных наук. Каждая из данных наук склонна применять свои специальные методы и подходы для создания собственного научного представления о предмете. Истинное же знание об изучаемом предмете как едином целом может быть получено при объединении этих специальных представлений, поиске точек пересечения разных наук, установления взаимосвязи между отдельными открытиями и поиске первоначальных причин явления.

Единство объектов исследования приводит к тому, что появляются новые науки, стоящие на стыке нескольких традиционных естественных наук. Среди них - биофизика, физическая химия, физико-химическая биология, психофизика и т.д.

Сегодня, например, всю химию можно назвать физической. Это продикто­вано невозможностью объяснить химические явления чисто химическим средствами и, следовательно, необходимо обращение к физике. Такое объе­динение химии и физики есть не что иное, как проявление единства Природы, которая, как уже говорилось выше, не знает деления на разные науки.

Тенденции такого единения или интеграции естественно-научных знаний стали проявляться очень давно. Еще в 1747-1752 годах М.В.Ломоносов (1711-1765) обосновал необходимость привлечения физики для объяснения химических явлений. Он придумал имя для новой науки, назвав еефизической химией.

Кроме физики, химии и биологии к естественным наукам относятся и другие, например, геология и география, которые имеют комплексный характер. Геология изучает состав и строение нашей планеты в их эволюции на протяжении миллиардов лет. Ее основные разделы - минералогия, петрография, вулканология, тектоника и т.д. - это производные от кристаллографии, кристаллофизики, геофизики, геохимии и биогеохимии Также и география "пропитана" физическими, химическими и биологическими знаниями, которые в разной степени проявляются в таких ее основных разделах, как: физическая география, география почв и т.д. Таким образом, все исследования Природы сегодня можно представить в виде огромной сети, связывающей многочисленные ответвления физических, химических и биологических наук.

                       1.3. Тенденции развития современного естествознания

Интеграция науки, появление новых смежных дисциплин в естествозна­нии - все это знаменует собой нынешний этап развития науки. Всего же (с точки зрения истории науки) человечество в своем познанииПрироды прошло три стадии и вступает в четвертую.

На первой из них сформировались общие представления об окружающем мире как о чем-то целом, едином. Появилась так называемая натурфилософия, которая была вместилищем идей и догадок. Так продолжалось до XV столетия.

С XV-XVI веков началась аналитическая стадия, т.е. расчленение и выделение частностей, приведших к возникновению и развитию физики, химии и биологии, а также целого ряда других, более частных естественных наук.

Наконец, в настоящее время делаются попытки обосновать принципиальную целостность всего естествознания и ответить на вопрос: почему именно физика, химия, биология и психология стали основными и как бы самостоятельными разделами науки о Природе? Это т.н. синтетическая стадия.

Происходит также и дифференциация науки, т.е. создание узких областей какой-либо науки, однако, общая тенденция идет именно к интеграции науки. Поэтому последнюю стадию (четвертую) начинающую осуществляться, называют интегрально-дифференциальной.

В настоящее время нет ни одной области естественно-научных исследований, которые относились бы исключительно к физике, химии или биологии в чистом виде. Все эти науки "пронизаны" общими для них законами Природы.

Но как можно представить себе всю разнородную Природу (Вселенную, Жизнь и Разум) в виде единого объекта исследования? В чем же заключается это искомое единство? Мы лучше поймем это, если попытаемся ответить на другой вопрос: на чем основывается или должно основываться все естество­знание? Существует ли что-то общее во всех специальных науках? Это -математика, без логического аппарата которой не обойтись ни одной из естественных наук!

                       1.4. Математика - универсальный язык точного естествознания

Выдающийся итальянский физик и астроном, один из создателей точного  естествознания Галилео Галилей (1564-1642) сказал: "Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является".

Необходимая для точного естествознания математика начинается с простейшего счета и со всевозможных простейших измерений. По мере своего развития точное естествознание использует всё более совершенный математический арсенал так называемой высшей математики.

Математика, как логический вывод и средство познания Природы, - творение древних греков, которым они начали всерьез заниматься за шесть веков до нашей эры. Начиная с VI в. до н.э. у греков сложилось понимание того, что Природа устроена рационально, а все явления протекают по точному плану, - "математическому". Платон (428/427-348/347 до н.э.) - один из основоположников натуральной философии (философии Природы) -начертал в качестве девиза своей философской школы следующие слова: "Негеометр -да не войдет".

Немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) утверждал в своих "Метафизических началах естествознания", что: "В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле (т.е. чистой, фундаментальной) лишь столько, сколько имеется в ней математики". Здесь стоит привести и высказывание Карла Маркса (1818-1883) о том, что: "Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается пользоваться математикой".

При работе над общей теорией относительности, да и в дальнейшем А.Эйнштейн (1879-1955) непрерывно совершенствовался в изучении и применении математики, причем самых новейших и сложных ее разделов.

Из всех высказываний великих людей  следует, что математика - это "цемент", который связывает воедино науки, входящие в естествознание и позволяет взглянуть на него как на целостную науку.

                     1.5. Составные части современного естествознания

Согласно учению о системах, важнейшим свойством систем со сложной структурой является их иерархичность (от греческого hierarchia - лестница соподчинения), а также наличие в них нескольких уровней строения или организации. У высокоорганизованных систем полнее, рельефнее проявляется принцип иерархии ее подсистем или структурных уровней. Более того, в такой системе уже действует не принцип равноправности подсистем (или координации), но принцип соподчинения, т.е. субординации.         

В середине XIX века рядом естествоиспытателей и философов были выдвинуты идеи об иерархии наук в форме четырех ее последовательных ступеней: механика, физика, химия, биология.

Такого рода идеи о субординации естественных наук широко обсуждаются и сегодня. При этом выделяют одну очень важную проблему: можно ли сводить все биологические явления к химическим, а химические - к физическим? Такое сведение "высшего" к "низшему" носит название редукционизм (от латинского reductio - возвращение, сведение к прежнему). Согласно этой точке зрения, все химические явления, строение веществ можно объяснить посредством физических знаний. Но существует и другая точка зрения, противоположная этой: каждый вид материи и каждая ее форма (физическая, химическая, биологическая) настолько обособлены друг от друга, что между ними "нет прямых переходов". Общепризнанной оказалась средняя синтетическая точка зрения: и химию, и биологию до известной степени можно свести к физике, т.е. объяснять через физические знания.

Оказалась не менее важной и другая идея, характеризующая связи естественных наук между собой. Сегодня установлено, что огромную роль в изучении Природы играет использование биологических знаний в химии, а биохимических - в физике. Это направление носит название холизма.   Действительно, в живом организме протекают высокопродук­тивные химические реакции и физические явления. И сегодня освоение "химического опыта живой природы" служит важнейшим направлением развития химии и химической технологии.

В сущности, редукционизм и холизм не противостоят друг другу. Их различие заключается лишь в направленности движения мысли ученого: обращается ли он при объяснении данного явления к нижележащему уровню естественно-научных знаний или ориентируется на более высокоорганизо­ванный объект. Эти два метода могут и должны использоваться во всем естествознании, дополняя друг друга.

Кроме того, иерархия основных естественных наук имеет циклически замкнутый характер.

Это означает, что химия имеет своим основанием физику, при
этом сама является основанием для биологии и психологии. Психология
занимает высшее место, но вместе с тем циклически замыкается с исходной
наукой всей цепи – физикой, разрабатывая методы познания Природы.      Следовательно, современное естествознание можно представить не
только как совокупность естественных наук о Природе, но как единую систему,
компоненты которой (естественные науки) являются настолько тесно
взаимосвязанными, что вытекают друг из друга, т. е. представляют собой
подлинное единство.                                           

 2. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ     (ФИЗИКИ)