Курсовая работа: Становление естествознания с древнейших времен по наши дни и современная картина мира
Одной из самых значимых фигур этого периода является фигура Роджера Бэкона, последователя Аристотеля и ученого. Жил он в 1214-1294 гг. Наука по Бэкону – это знание принципов и фактов, он не отделяет практику от теории. Любой опыт для него делится на две составляющих: внутренний (озарение) и внешний (чувственный), он выделяет три способа познания: авторитет, рассуждение и опыт. Именно Бэкон первым задумывается о проектном мышлении – то есть таком способе совершения открытий, при котором что-либо доказывается ради какого-то результата, а не просто ради познания, вещи создаются уже для определенного вида употребления, а не просто ради изучения явлений природы и вещей. Роджеру Бэкону принадлежат работы по строению человеческого глаза, труды по физике и другим наукам Средневековья. Он считал, что высшее знание – это умение проводить опыты, а повседневный труд – источник научного знания.
Позднее средневековье характеризуется уже более развитым научным знанием. Происходит переход к идее подтверждения любой теории практикой, к опытному знанию. Начинается первая научно техническая революция – Николай Коперник создает гелиоцентрическую модель Вселенной, используемую до наших дней. Он предполагает и доказывает, что в центре нашей Вселенной находится Солнце, вокруг которого и движутся остальные планеты по определенным орбитам, вращаясь не только вокруг Солнца, но и вокруг самих себя. Эта теория идет в разрез с теологической моделью мира, созданной Библией, поэтому ученый терпит всяческие гонения от церкви и погибает от ее рук. Но теория не исчезает и начинает развиваться другими учеными, пока еще подпольно, но вскоре начнется Эпоха Возрождения, когда знание вырвется из-под гнета церковной идеологии и будет служить всему миру. В Позднем Средневековье происходит огромное количество научных открытий во всех естественных областях наук, знание к концу позднего Средневековья полностью становится опытным.
Происходит переход от Средневековья к Эпохе Возрождения, в которой главной ценностью всего становится человеческая жизнь. Философия этой эпохи – гуманизм. Но при этом человек перемещает свой взгляд на освоение окружающего мира. Если раньше он завоевывал знание других народов, то теперь он борется за знание с окружающим миром. Огромное количество ученых, философов, художников и писателей трудятся в это время над созданием шедевров мировой классики и науки. Человек приходит к мысли, что раз он творение Бога, созданное по Его образу и подобию, значит, он является Творцом на земле. Природа превращается в мастерскую человека, в которой он работает, изменяя и улучшая ее для собственной жизни. Пожалуй, главной фигурой этой эпохи является Леонардо да Винчи, художник, математик, естествоиспытатель, ученый, механик. Помимо прекрасных картин, восхваляющих строение и красоту человеческого тела, он занимается конструированием и созданием огромного количества механизмов, намного опередивших свое время. Так он конструирует первые модели парашютов и летательных аппаратов, которые будут созданы только к концу XIX века. Он занимается также строением и анатомией человеческого тела, ставит всевозможные опыты и эксперименты, изучает человеческие органы, их строение и функции. Бьется над созданием идеального числа, объединяющего всю природу, и находит его, доказывая пропорциональность человеческого тела и всей окружающей природы. Его перу принадлежат трактаты по физике и математике, анатомии и механике. Его прекрасные рисунки и картины до сих пор будоражат сознание людей всего мира.
Начинается вторая научно-техническая революция – переход от ручного труда к мануфактурному, создание коллективных объединений рабочих – цехов, специализация труда. В Европе создается огромное количество мануфактур, возникает явление конкуренции. Множество людей обретают работу, но при этом их труд узко специализирован, поэтому выпуск продукции идет достаточно медленным путем. Это обстоятельство дает толчок к началу третьей НТР, в результате которой происходит переход к индустриализации уже в XVIIIвеке. Производство становится конвейерным, строится огромное количество заводов и предприятий, Европейская научная мысль развивается огромными темпами. Теперь, когда выпуск продукции фабрик идет очень быстрыми темпами, люди задумываются о том, как улучшить качество товаров с помощью новых механизмов. Человек приходит к мысли, что он в силах максимально облегчить сове существование, и начинает совершать новые открытия во всех областях наук. Так в XIX веке открывается радиоактивность и излучение, начинается изучение молекулярного строения частиц, открытия в области химии. В период с XVIII по XIXвек Ньютон совершает открытие закона всемирного тяготения, Менделеев составляет свою таблицу элементов, Дарвин публикует теорию эволюции. Научная мысль движется все более и более быстрыми темпами. Начинается постепенный переход к эпохе пост-индустриализации, эпохе информационных технологий – четвертый этан НТР, когда развитие общества и науки достигает больших высот, главной целью промышленного прогресса становится обилие информации, целью прогресса – передача этой информации. Общество переходит на новый этап, в котором управление окружающим миром осуществляется человеком силой мысли – информацией, которую он передает на огромных расстояниях во все уголки окружающего мира и ближайшего Космоса.
Современная наука, ставящая своей целью быстрое освоение и преобразование окружающего мира для удобства и комфорта жизни человека, развивается во всех направлениях, большинство из которых – естественно-научные. Но, пожалуй, самым главным пунктом научного знания современности является теория происхождения самой Земли и жизни на Земле. Прежде всего, нужно рассмотреть именно нашу планету с момента ее возникновения и до наших дней, ибо все науки, существующие ныне, проистекают исключительно из знания о нашей планете и ее частях, явлениях природы, взаимосвязи ее с Вселенной.
Сначала, на мой взгляд, стоит рассмотреть саму Вселенную, его строение и состав.
Вселенная огромна и бесконечна. Все небесные тела и системы поражают разнообразием свойств, сложностью строения. Хотя сама Вселенная в высшей степени однообразна и проста. Ее главное свойство – однородность. У Вселенной есть и еще одно важнейшее свойство, но о нем до конца 20-х годов 20-го века никто не догадывался: Вселенная находится в движении – она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922–24гг. работы петербургского математика А.А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир – это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определенным законам. Окончательно решить, расширяется Вселенная или сжимается, помогли наблюдения в 1928-29гг. Хабблу. Он обнаружил, что далекие Галактики и целые их коллективы разбегаются от Земли во все стороны. В соответствии с предсказаниями Фридмана именно так и должно выглядеть общее расширение Вселенной. Если Вселенная расширяется, значит, в далеком прошлом скопления и сверхскопления были ближе друг к другу. Более того, из теории Фридмана следует, что 15-20 миллиардов лет назад ни звезд, ни Галактик еще не существовало, и все вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество имело тогда и чудовищно высокую температуру.
Солнце - одна из миллиардов звезд. Есть звезды гораздо больше Солнца (гиганты), есть и меньше него (карлики), Солнце ближе по своим свойствам к карликовым звездам, чем к гигантам. Есть звезды горячие (они имеют бело-голубоватый цвет и температуру свыше 10000 градусов на поверхности, а некоторые до ста тысяч градусов), есть холодные звезды (они красные, температура поверхности около 3 тысяч градусов). Звезды находятся очень далеко от Земли, до ближайшей звезды лететь со скоростью света (300000 км/с) целых 4 года, тогда как до Солнца можно долететь с такой скоростью за 8 минут. Некоторые звезды образуют пары, тройки (двойные, тройные звезды) и группы (рассеянные звездные скопления). Существуют и шаровые звездные скопления, они содержат десятки и сотни звезд и имеют форму шара, с концентрацией звезд к центру. В рассеянных скоплениях собраны молодые звезды, а шаровые скопления очень древние, в них звезды старые. Возле некоторых звезд существуют планеты. Есть ли на них жизнь, а тем более цивилизации, пока не установлено. Но они вполне могут существовать.
Галактика имеет центр (ядро), плоские спиральные рукава, в которых сосредоточено большинство звезд, и периферию, объемное облако из редких звезд. Звезды движутся в пространстве, они рождаются, живут и умирают. Такие звезды, как Солнце, живут примерно 10-15 миллиардов лет, и Солнце - звезда среднего возраста. Так что ему светить еще очень долго. Массивные и горячие звезды сгорают быстрее, и могут взрываться как сверхновые звезды, оставляя после себя очень маленькие и сверхплотные образования - белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры, в которых плотность материи столь высока, что никакие частицы не могут преодолеть силы тяготения и вырваться оттуда. Кроме звезд, в Галактике содержатся облака космической пыли и газа, образующие туманности. Плоскость Галактики, где максимальное число звезд, газа и пыли, видна на небе как Млечный Путь.
Величайшим достижением современной космологии стала модель расширяющейся Вселенной, названная теорией Большого взрыва. Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность - её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, - и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных. Этому моменту учёные дали название "Большой взрыв".
После Большого взрыва начинается развитие Космоса. Вселенная начала расширяться и остывать. Земля образовалась из рассеянного газопылевого вещества в протосолнечной системе. Сначала образуется Солнце и уплощенная вращающаяся туманность под влиянием взрыва сверхновой звезды, происходит эволюция Солнца и этой туманности. Пыльная плазма конденсируется вокруг Солнца в кольца, образуются планетозимали, а из них образуются планеты. В результате радиоактивного нагрева дифференцировалась оболочка или геосфера Земли. Более тяжелый материал формировал ядро (из никеля и серы), а в мантии содержались более легкие элементы. Планета разогревалась вследствие соударения частиц и вследствие действия радиоактивных элементов (уже вымерших). В результате происходило плотное (в ядре) и частичное (в мантии) плавление вещества. Вследствие этой метеоритной энергии выделились летательные вещества, и образовалась поверхность Земли.
Начинается геологическое развитие Земли.
Возраст нашей планеты исчисляется миллиардами лет, и на каждом временном промежутке происходят какие-то изменения в строении земной коры, поэтому была создана определенная градация развития Земли по времени. Самое крупное деление – эоны, которые в свою очередь подразделяются на эры, а те на периоды. Эонов в истории Земли было всего два, последний длиться и в наши дни. Итак, это эон Криптозой и эон Фанерозой, в котором мы сейчас и живем. Эон Криптозой разделяется на три эры: катархей, архей и протерозой. До сих пор еще неизвестно, что происходило с Земной корой во время катархея, но ученые выяснили, что в архее постепенно формируется земная кора. В это время она еще очень тонкая, подвержена постоянным растяжениям и разрывам, к поверхности устремляется базальтовая магма, заполняя собой прогибы поверхности, которые позже получают название зеленокаменных поясов. Образуется первичный гористый рельеф, происходит массовое образование нормальных гранитов, и им заканчивается архейская эра. Именно в архее зарождается жизнь, пока еще на уровне бактерий и водорослей, к концу этой эры начинают образовываться строматолиты – водорослевые постройки, начинается постепенное изменение атмосферы, в которой возникает кислород.
Начинается следующая эра – протерозой, во время которой происходит образование складчатых систем пород, образовывается зрелая кора, существующая уже на 60-80% всей суши, которая представляет собой супер-континент Мегагея, омываемым огромным океаном Мегаталасса. Вскоре этот материк раскалывается на несколько меньших материков, которые после долгих перестроений, наконец, распадаются на современные континенты к концу палеогена. На заре эона Фанерозоя появляются первые беспозвоночные, не имеющие еще пока раковых панцирей. В селурском периоде начинается выход на сушу растений, которые в конце девона уже образуют леса, в селуре широкое распространение также получают рыбы, в карбоне появляются земноводные. Человек появляется только в конце позднего креацина.
Так выглядит процесс возникновения и развития жизни на Земле с точки зрения науки.
Но он был бы не полным, не в точности бы описывал развитие жизни, если бы не было огромного количества других естественных наук, описывающих отдельные разделы развития нашей планеты и Вселенной в целом. О возникновении и развитие этих наук уже говорилось в начале это работы, теперь же мне бы хотелось немного рассказать о каждой науки в отдельности, описав их с точки зрения современности.
Начнем с науки, описывающей состав веществ, из которых состоит все живое на Земле. Это наука – химия.
Современная химия – наука, развивающаяся с начала средневековья и до наших дней. Огромное количество ученых занималось развитием химии. Первое научное определение химического элемента было сформулировано английским ученым Бойлем, французский ученый Лавуазье открыл элемент кислород и его свойства, впервые систематизировал химические элементы по атомной массе. Позже недостатки его теории исправил в своей таблице русский ученый Менделеев. Этими учеными было положено серьезное изучение химии и химических элементов. С XVIII по XX век химия сделала огромный ша вперед. Было открыто множество новых элементов, были изучены их свойства и созданы на их основе новые материалы, продвинувшие промышленное развитие мира в целом далеко вперед.
Еще одна наука – физика – описывает окружающий мир с точки зрения процессов, происходящих на Земле и в Космосе, их взаимосвязь и считается одной из важнейших наук об окружающем мире и его явлениях.
Физика тоже развивалась со времен средневековья очень быстрыми темпами. Ученый Паскаль подготовил почву для открытого позже Ньютоном закона всемирного тяготения. Он предложил гипотезу атмосферного давления, сформулировал закон давления жидкостей, который впоследствии получил его имя, заложил основы новым математических наук – теории вероятности и математического анализа. Разработал комбинаторику. Ньютон превратил физику в уникальную область человеческих знаний, методы которой обладают почти универсальной приложимостью. Суть предложенной им методологии: любое явление можно представить упрощенной моделью, в которой любые предметы могут считаться материальными точками или их совокупностью, а их взаимодействие описывается тем или иным законом. Для модели пишется уравнение, затем оно каким-либо способом решается, а получившееся решение вновь расшифровывается для реальных объектов задачи – молекул, галактик, аминокислот и т.д. Ничего подобного не существовало в предшествующей физике, заимствовавшей свои принципиальные черты из философии Аристотеля. В XIX веке была создана классическая электродинамика – теория электромагнитного взаимодействия в макромире. В ее разработке принимали участие многие ученые. Эрстед впервые заметил, что при прохождении электрического тока, лежащая рядом магнитная стрелка начинает отклоняться. Ампер исследовал проводники с током, определив, что если токи в проводниках, расположенных параллельно друг другу, текут в одном направлении, то проводники притягиваются, эти же проводники отталкиваются, когда токи в них проходят во взаимно противоположных направлениях. Майкл Фарадей доказал окончательно, что электричество и магнетизм неразрывно связаны. Он обнаружил явление, которое получило название - электромагнитная индукция. Первым предложил понятие об электрическом и магнитном поле, окружающем магниты и проводники с током. Несколько десятилетий спустя выдающийся английский физик Джеймс Кларк Максвелл разовьет идею Фарадея, облечет ее в ясную и точную математическую форму единой концепции электромагнитного поля, и оно займет важнейшее место практически во всех разделах физики. Теория Максвелла объясняла и объединяла многие непонятные до него электромагнитные явления. Свет, по мнению Максвелла, лишь один из видов электромагнитных колебаний, существующих в природе. Теория Максвелла была подтверждена, когда Генрих Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны, вызванные движением электрических зарядов. Позже Эйнштейн разработал теорию относительности, которая стала основой для новых космических открытий, для полета человека в Космос, для нового взгляда на Вселенную. Эксперименты Резерфорда позволили выяснить строение атома – вокруг тяжелого ядра вращаются легкие электроны.
Биология также как и предыдущие науки развивалась постепенно. До XVIII века она развивалась лишь как определенные представления о природе в учениях философов и естествоиспытателей. Но наукой она становится только в XVIII–XIX веках. В процессе ее становления выделяют три основных этапа: традиционный (Карл Линней), эволюционный (Чарльз Дарвин), молекулярно-генетический (Грегор Мендель). Впервые пытался систематизировать все живые организмы именно Карл Линней, его систему позже подкорректировал и дополнил Чарльз Дарвин. Грегор Мендель позже совершил открытия в области генетики – открыл законы наследственности.
Генетика как наука возникла только в XIXвеке, до этого существуя лишь как часть биологии. И за период XIX-XXвек получила широкое распространение во многих странах мира. Опорным пунктом этой науки является изучение клетки и клеточного строения для объяснения всех процессов, происходящих в живом организме и в мире в целом. Все живые организмы на Земле состоят из клеток, то есть имеют клеточное строение, но у всех существ это строение разное. Так все живое на Земле делят на растений и животных, которые отличается друг от друга структурой клеток, способом питания и способностью к передвижению. Существуют и переходные формы, имеющие свойства и растений и животных, например такое растение как эвглена зеленая или кристаллы, так же имеющие некоторые свойства живых организмов, но остающиеся, тем не менее