Контрольная работа: Естествознание в системе наук
Объединенные специфическими методами исследования, естественные науки образуют иерархическую (греч. hieros -священный и arche – власть, расположение элементов в порядке от низшего к высшему, последовательность усложняющихся структур) систему. Впервые это подметил еще французский физик А.Ампер, создавший в начале XIX века первую классификацию естественных наук, которая уже тогда включала около 200 наименований. Иерархию естественных наук можно представить в виде упрощенной схемы (рисунок 1).
На первой ступени иерархической лестницы естествознания находится физика, как наука, изучающая наиболее "просто" устроенные системы, наиболее общие свойства материи, простейшие формы ее движения и взаимодействия. Все процессы и явления, протекающие в социоприродной среде, развиваются не вопреки, а сообразно фундаментальным законам и принципам, которые открыла и изучает физика. Ни одна химическая реакция, биологический или социальный процесс не могут протекать вопреки этим законам. Поэтому физика и является основанием всего естествознания, да и само слово "Physis" -означает "природа".
Рисунок 1. Систематика естественных наук
Астрономия – наука о строении, развитии и движении космических тел, образуемых ими систем и Вселенной в целом. Она, как и физика, изучает наиболее "простые" тела природы. В этом плане она близка физике и широко использует ее достижения для изучения процессов, протекающих в мегамире.
Физика и химия глубоко взаимосвязанные разделы естествознания и имеют общее поле деятельности. Такие объекты микромира как атомы и молекулы изучаются и той, и другой наукой. Но как справедливо отметил лауреат Нобелевской премии по химии Н.Н.Семенов, "...химический процесс есть то основное явление, которое отличает химию от физики и делает первую более сложной наукой". Процессы превращения веществ сопровождаются изменением их состава или строения. Почему одни вещества растворяются в том или ином растворителе, а другие нет, почему одни вещества взаимодействуют между собой, а другие нет? – Все зависит от их электронной структуры и строения и предопределяется фундаментальными законами природы. Однако химические превращения нельзя редуцировать (лат. reductio – приведение обратно) к чисто физическим взаимодействиям – механическим или электромагнитным, так как у химического процесса имеются свои, присущие только ему, специфические особенности, несводимые к другим формам движения материи.
Еще на более высокой ступени иерархической лестницы находится биология – комплекс наук, исследующих живую природу от доклеточного уровня до биосферы. Она изучает еще более сложные объекты и явления. Питание, дыхание, самовоспроизведение, раздражимость, способность к адаптации, опережающее отражение – свойства, принципиально отличающие их от физических и химических объектов. Имея физико-химическую основу, биологические процессы все же не могут быть описаны только с точки зрения законов физики и химии. Для этого используются характерные только для этой области законы (законы наследования видовых признаков, естественного отбора и т.д.).
Можно отметить и так называемые пограничные науки, которые возникли на стыках естествознания, обществознания и человекознания, например, география, психология, антропология, медицина и др. География изучает процессы и явления, протекающие в геосфере, одним из элементов которой является социум. Физическая география, изучающая природные процессы, относится к естественным наукам; экономическая, изучающая размещение территориально-производственных комплексов и их взаимодействие – к гуманитарным. Аналогичная ситуация и с психологией – наукой о психике человека. Психология изучает личность, ее познавательные способности, эмоционально-чувственную сферу, поведение. И в этом плане она выступает как наука гуманитарная. Но характер поведения человека, особенности его мышления, эмоции, чувства во многом зависят от физиологического состояния, биохимических и биофизических процессов в мозге человека и во всем организме. Их исследование – одна из важнейших задач естественных наук.
В структуре современной науки появились и набирают силу такие направления как экология и синергетика. К какой области знания их отнести?
Классическая экология изучает взаимосвязи живых организмов (в том числе и человека) со средой их обитания. Расширение границ научного познания, переосмысление достижений классической экологии и проекция их на разные сферы социоприродной среды позволяют говорить что это, скорее, общенаучный подход, который используют практически все существующие ныне отрасли науки. По выражению известного биолога А.В.Яблокова "Экологический подход к исследованию явлений стал всеобщим, и сейчас трудно говорить об экологии как отдельной науке; это скорее особое видение любого предмета исследования – от культуры до внутриклеточных процессов... Экология как таковая – это и человековедение, или, лучше, обществоведение". Современная экология включает свыше ста различных направлений.
Термин "синергетика" (греч. synergos – совместно действующий) был предложен немецким физиком Г. Хакеном для обозначения науки, изучающей процессы самоорганизации и эволюции систем разной природы. Сложилось несколько представлений о том, что такое синергетика:
1. Наука, изучающая закономерности поведения сложных систем.
2. Междисциплинарный метод изучения определенного класса систем.
3. Общий подход к описанию сложных систем, структур, процессов.
Это трансдисциплинарная научная теория. Ее идеи, зародившись в химии и физике, сегодня с успехом используются в экологии, биологии, геологии, cоциологии, экономике, медицине и других областях. Возможность описать поведение разнообразных систем с точки зрения единого механизма их развития ставит синергетику, как и экологию, на уровень общенаучного подхода, позволяющего объяснить образование упорядоченных устойчивых структур на основе самоорганизации их элементов. Сегодня методы синергетики широко используются в разных областях знания и сферах деятельности – для моделирования и прогнозирования поведения как природных, так и технических, и социальных систем.
Особое место среди всех наук занимают математика и философия. Они как бы и не относятся непосредственно к естествознанию, и в то же время являются тем основанием, без которого не может развиваться теоретическое естествознание. Математика – это не просто наука, это универсальный формализованный язык, с помощью которого человечество читает книгу природы, усматривает глубинные причинно-следственные связи, единство в многообразии явлений, устанавливает количественные соотношения между свойствами объектов, изучает их пространственные формы, строит модели объектов и систем, прогнозирует их поведение.
Философия выступает как знание о наиболее общих категориях и законах развития мира, как особый мировоззренческий подход, отражающий наивысшую форму общественного сознания. В отличии от мифологического и религиозного мировоззрения она носит не только духовно-практический, но и абстрактно-теоретический характер, и выступает в качестве методологической основы естествознания. В философии культура, наука, искусство, религия и сам человек, его мышление и сознание подвергаются глубинному анализу, на основе которого философия пытается постичь окружающий мир и общие законы его развития, понять внутренний мир человека, его духовные начала, суть, предназначение и роль в системе Мироздания.
Обсуждая проблемы систематизации естественных наук, нельзя не сказать о лидирующей роли отдельных направлений. Практические потребности общества в тот или иной период жизни человечества определяют приоритетность развития какой-либо отрасли знания. XVI – XYII века по праву называют веком астрономии. Физика, как основа научно-технического прогресса, на протяжении последних трех с половиной веков была непревзойденным лидером среди других наук. В XIX веке наряду с физикой в число лидирующих выходит синтетическая химия. ХХ век считают веком расцвета медицины, биологии и генетики. Стремительный прогресс молекулярной биологии, широкое использование прецизионного (высокоточного) физического оборудования в экспериментальных исследованиях позволили собрать уникальные факты и построить хромосомную и генную теории. Современная биология стоит на пороге открытия фундаментальных теоретических идей. Ряд специалистов высказывает прогнозы о том, что XXI век станет веком развития психологии и расцвета гуманитарных наук.
3. Естествознание и социальная жизнь общества
Уже на самых ранних этапах развития естествознания его достижения активно внедрялись в инженерную мысль, становились основой техники, технологий, производств и имели самое непосредственное влияние на социальную жизнь общества.
В каждой процветающей цивилизации древности начинался строительный бум. Египет строил пирамиды, Греция – храмы, огромные стадионы и амфитеатры. Рим сооружал дороги, арены для гладиаторских боев, свои знаменитые бани, уникальные мосты и акведуки (от лат. aqua – вода, duco -веду; сооружения в виде моста с водоводом), которые до сих пор удивляют человечество своим техническим совершенством, прочностью и красотой. Всевозможные шкивы, блоки, подъемники, облегчающие строительные работы, были изобретены именно в те времена. Эти работы требовали знания законов устойчивости сооружений, прочности материалов, точности расчетов. Античная наука владела этим в совершенстве.
Еще более сильное влияние оказывает естествознание на жизнь человека в период индустриальной революции XYII – XIX веков. Наука становится базисом для промышленного освоения природы и превращается в могучую производительную силу. В промышленность активно внедряются машины и механизмы, заменяющие труд человека, строятся первые паровые двигатели. Появившиеся новые технологии открывают перед обществом и новые возможности. Большая часть тяжелого физического труда передается машинам. Тесный союз науки и техники создает огромные возможности для наращивания темпов развития и удовлетворения материальных потребностей человека.
Начало XIX века ознаменовалось мощным развитием теплотехники и теплоэнергетики. В 1803 году английский инженер Р. Тревитик построил первый паровоз, в 1807 году в Америке А.Фултон создал первый в мире колесный пароход "Клермонт", в 1825 году в Англии была открыта первая железная дорога. Благодаря колоссальному развитию естественных наук и техники цивилизация к концу XIX века обретает новый облик. Еще больше преображается жизнь, быт и труд человека, особенно в крупных городах. Человечество получает, электрический двигатель, электрическую лампу, телефон, телеграф, радио. В развитых странах строится сеть железных дорог. В Лондоне и Нью-Йорке, а затем в Будапеште, Вене, Париже появляется метрополитен. Г. Даймлер и К. Бенц создают первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Появляется электросварка, фотография, кино. Закладывается воздухоплавание. Темпы и динамика технического прогресса требуют непрерывного технологического обновления. Развиваются химические технологии, электроэнергетика, металлургия и машиностроение, начинают широко использоваться нефть и нефтепродукты.
В конце XIX века классическая наука достигает своего апогея. Ее союз с техникой обещает человеку радужные перспективы. Успехи в физике микромира в первой половине XX века переводят на новый уровень развития химию, биологию и медицину. Громадных достижений добивается синтетическая химия. Органическая химия и фармакология создали и направили в медицинскую практику большой ряд лекарств и вакцин, что дало возможность успешно бороться с такими заболеваниями как столбняк, полиомиелит, сибирская язва, туберкулез, проказа, чума, холера. Полученный в сороковых годах А. Флемингом (1881-1955) антибиотик пенициллин позволил справляться с гнойными инфекциями и пневмониями. Современная нам микробиология значительно расширила круг подобных препаратов. Медицина освоила пересадку органов. Благодаря достижениям физики и химии биология переходит на молекулярный уровень. В 1953 году американский биохимик Д.Уотсон и английский биофизик Ф.Крик с помощью рентгеноструктурного анализа установили пространственное строение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – носителя наследственной информации в живых организмах. С этого времени генетика переходит на молекулярный уровень. Формируется ее прикладная область – генная инженерия, которая помогает искать и исправлять генетические поломки и сбои в организме человека, создавать высокоурожайные сорта растений и высокопродуктивные породы скота.
Во второй половине XX века благодаря исследованиям ядерной физики появляются новые технологии, зарождаются новые виды энергетики. В 1954 году, во многом благодаря гению и организаторскому таланту И.В. Курчатова (1902-1960), была построена первая в мире атомная электростанция – Обнинская, которая безаварийно работает до сих пор. Рождаются принципиально новые технологии и новые образцы техники. Совершенствуются авиация и кораблестроение. Морские глубины бороздят атомные подводные лодки, сверхзвуковые самолеты-невидимки завоевывают воздушные просторы, на магнитной подушке несутся сверхскоростные поезда. Все активнее для получения энергии используются альтернативные источники – сила ветра, приливов, океанических волн, излучение Солнца, внутреннее тепло Земли. Появляются телевидение и телекоммуникационные системы, робототехника. Строятся мощные гидроэлектростанции и химические заводы, железнодорожный транспорт переходит на электрическую тягу, расширяется сеть метро.
Пятидесятые годы – время рождения кибернетики (от греч. kybernetike – искусство управления) – науки об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации. Ее основы были заложены в 1947 году Н.Винером (1894-1964) в работе "Кибернетика или управление и связь в животном и машине" (греч. kybernetike– искусство управления). Начиная с шестидесятых годов, когда человечество осознало важность ее идей, она стала развиваться гигантскими шагами. Используя математические методы, интегрируясь с другими науками и техникой, она далеко продвинулась по пути совершенствования искусственного интеллекта, компьютерных технологий, помогла создать современные информационные системы и паутину INTERNET. Современная кибернетика исследует возможности реализации машинного творчества (игра в шахматы, машинный перевод с одного языка на другой, сочинение музыки, стихов и т.д.) и создания искусственного интеллекта. Использование информационных технологий и информационных систем открывает новую эпоху в развитии человечества.
Во второй половине ХХ века рождается новое познавательное направление, объединившее идеи теории систем, эволюционизма и кибернетики, о которой мы уже несколько раз говорили – синергетика – наука о самоорганизации и организации сложных систем.
Наука превратилась в ведущий фактор развития производства. Главные его направления – комплексная автоматизация, контроль и управление на основе компьютерной техники. Сегодня уже никого не удивишь тем, что работой огромных цехов, предприятий и технологических систем управляет один человек – оператор. Меняется образ жизни большого количества людей. Техника, облегчающая труд на производстве и дома, автомобиль, радиотелефон, космическая связь, кино, телевидение, компьютер прочно вошли в жизнь и быт почти каждого современного человека.
Земля стала мала для человека, и он обращает свои взоры в космос. Уже в тридцатые годы начинаются работы по строительству и испытанию ракет. В пятидесятые годы была запущена серия искусственных спутников Земли. В 1961 году С.П.Королев (1906-1966) осуществил вековую мечту человечества – был запущен космический корабль с человеком на борту. Полет Ю.А.Гагарина (1934-1968) открыл эпоху интенсивного исследования ближнего космоса. С тех пор люди побывали на Луне, построили межпланетную космическую станцию, запустили космические зонды на Марс и Венеру – ближайшие к Земле планеты, осуществили серию запусков ракет за пределы Солнечной системы.