Основные черты современного естествознания как науки

 Введение

 

Естествознание - раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или обобщений, описывающих природные явления.

Современное естествознание - характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных, возрастанием роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в вероятные области обнаружения новых явлений. Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохранилась.

Построение современное  естествознания исходит из нескольких принципов: системности, историчности, эволюционизма, самоорганизации.

1. Принцип системности - или изучение целостного,  составленного из

упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных  между собой. При этом можно рассматривать как первичные неделимые элементы системы их свойства, поведение и взаимодействие так и систему в целом, ее взаимосвязь с другими

системами. Часто на практике исследуемая система сознательно  упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

2. Принцип историчности - состоит в поэтапном развитии естествознания, где новые теории могут быть выделены опираясь на уже некоторые достижения и исторический опыт. Но при этом они не обязательно дублируют их, и даже напротив могут отрицать или корректировать.

3. Принцип эволюционизма - связан   с   постепенным   усложнением   и

повышением организации  живых существ и явлений. Это  принцип необратимости, выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим.

4. Принцип самоорганизации - после выхода из равновесия системы в ней реализуется механизм самопроизвольного упорядочивания, и возникновения нового относительно устойчивого состава, т.е. она самоорганизуется и приобретает способности выдерживать опр. влияния не теряя своих свойств.

 

 

 

 

1. Основные черты современного естествознания как науки 

 

Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным  методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира — часового механизма сменилась моделью  мира-мысли, для изучения которого лучше  всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма.

   Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, вне его связей с другими предметами, как нечто особенное и завершенное, также ушли в прошлое.  
Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности этого и представлениями о неисчерпаемости материи вглубь. Считается невозможным получение абсолютной истины. Истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности. 

Если классическая наука  не видела качественной специфики Жизни  и Разума во Вселенной, то современная  наука доказывает их неслучайность  появления в мире. Это на новом  уровне возвращает нас к проблеме цели и смысла Вселенной, говорит  о запланированном появлении  разума, который полностью проявит  себя в будущем. 

Названные нами черты современной  науки нашли свое воплощение в  новых теориях и концепциях, появившихся  во всех областях естествознания. Среди  важнейших открытий XX в. — теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического  взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к  овладению опытом живой природы; генетика, расшифровка генетического  кода и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стали  кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика  и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма. 

Ускорение научно-технического прогресса, связанное с возрастанием темпов общественного развития, привело  к тому, что потенциал современной  науки, заложенный в ходе второй глобальной научной революции, во многом оказался исчерпанным. Поэтому современная  наука снова переживает состояние  кризиса, являющегося симптомом  новой глобальной научной революции. 

Начиная со второй половины XX в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития — постнеклассический, который характеризуется  целым рядом фундаментальных  принципов и форм организации. В  качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропныи принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное  естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного  благосостояния. Естествознание таким  образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая  извечный нигилизм по отношению к  злободневным потребностям людей.  
Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований.

Сегодня принципиально важно  при решении сложных комплексных  проблем использовать возможности  разных естественных наук в их сочетании  применительно к каждому конкретному  случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность  постнеклассической науки, как нарастающая  интеграция естественных, технических  и гуманитарных наук. Исторически  они дифференцировались, отпочковывались  от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом нарастающей  интеграции становятся науки гуманитарные. 

Анализ особенностей современного естествознания позволяет отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования  с основными объектами. Иными  словами, реальный естественно-научный  эксперимент оказывается опасным  для жизни и здоровья людей. Дело в том, что пробуждаемые современной  наукой и техникой мощные природные  силы при неумелом обращении с  ними способны привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам. 

Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь  в важнейший фактор прогресса  всей нашей цивилизации. Оно уже  не ограничивается исследованиями отдельных  кабинетных ученых, а включает в  свою орбиту комплексные коллективы исследователей самых разных научных  направлений.

 В процессе своей  исследовательской деятельности  представители различных естественных  дисциплин все более отчетливо  начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой  системную целостность с недостаточно  понятными законами развития  и глобальными парадоксами, в  которой жизнь каждого человека  связана с космическими закономерностями  и ритмами. Универсальная связь  процессов и явлений во Вселенной  требует комплексного, адекватного  их природе изучения и, в  частности, глобального моделирования  на основе метода системного  анализа. В соответствии с этими  задачами в современном естествознании  все более широкое применение  получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого  управления, на основе которых  составляются прогнозы развития  сложных природных процессов. 

Современные представления  о глобальном эволюционизме и  синергетике позволяют описать  развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, а  затем вновь стремящихся к  хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные комплексы предстают  как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные системы, развитие которых носит малопредсказуемый  характер. В этих условиях дальнейшая эволюция сложных природных объектов оказывается принципиально непредсказуемой  и сопряжена со многими случайными факторами, могущими стать основаниями  для новых форм эволюции. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Современные  средства естественно-научных исследований

 

Экспериментальные методы и  технические средства современных  естественно-научных исследований достигли высокой степени совершенства. Многие технические устройства эксперимента основаны на физических принципах. Но их практическое применение выходит  далеко за рамки физики – одной  из отраслей естествознания. Они широко применяются в химии, биологии и  других смежных естественных науках. С появлением лазерной техники, компьютеров, спектрометров и другой совершенной  техники стали доступны для экспериментального исследования неизвестные ранее  явления природы и свойства материальных объектов, стал возможен анализ быстропротекающих  физических и химических процессов.

Лазерная  техника. Для экспериментальных исследований многих физических, химических и биологических процессов весьма важны три направления развития лазерной техники: 
· разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения; 
· создание ультрафиолетовых лазеров; 
· сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 ас (10-18 с) и меньше.

Чем шире спектр излучения  лазера, в котором он может перестраиваться, тем ценнее такой лазер для  исследователя. Среди лазеров с  перестраиваемой длиной волны широко применяются лазеры на красителях. Длина волн излучения таких лазеров  охватывает спектр от ближней ультрафиолетовой области до ближней инфракрасной, включая видимый диапазон, и легко  перестраивается в этом спектре. К настоящему времени разработаны  лазеры, длина волны которых составляет менее 300 нм, т. е. соответствует ультрафиолетовой области. К таким лазерам относится, например, криптон-фторидный лазер.

Разрабатываются лазеры, длительность импульса излучения которых приближается к 1 ас. Такие лазеры, несомненно, позволят определить механизм физических, химических и биологических процессов, протекающих  с чрезвычайно высокой скоростью. 
Трудно перечислить все области применения лазеров для исследования многообразных химических процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохимии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективно использовать солнечную энергию; с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии лазеры дают возможность изучить живые организмы на клеточном уровне. Весьма многообразно применение лазеров в химической кинетике при исследовании различных процессов, длительность которых составляет от 10-12 до 10-18 и менее секунд.

Возможности естественно-научных  исследований расширяются с применением  лазеров на свободных электронах. Принцип действия таких лазеров  основан на том, что в пучке  электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в периодически изменяющемся магнитном поле в направлении  движения электронов возникает излучение  света. Эксперимент показывает, что  лазеры на свободных электронах отличаются высокой эффективностью перестройки  длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне  – от микроволнового излучения до вакуумного ультрафиолета.

Синхротронные источники излучения. Синхротроны применяются не только в физике высоких энергий для исследования механизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генерации мощного синхротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Исследование структуры твердых тел, определение расстояния между атомами, изучение строения молекул органических соединений – успешному решению этих и других задач способствует синхротронное излучение.

 
Экспериментальные методы расшифровки сложных структур. 

Для идентификации и анализа  сложных структур, в частности  для анализа сложных молекул, необходимо управлять химическими  процессами и затем определять состав и структуру продуктов реакций. Предложенные физиками эффективные  методы экспериментальных исследований макрообъектов на молекулярном уровне – ядерный магнитный резонанс, оптическая спектроскопия, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, нейтронография и т. п. – позволяют исследовать  состав и структуру необычайно сложных  молекул, что способствует изучению, например, химической природы жизненно важных биологических процессов.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основан на анализе  взаимодействия магнитного момента  атомных ядер с внешним магнитным  полем. Это один из важнейших методов  в разных отраслях естествознания, в особенности, в химии: химии  синтеза, химии полимеров, биохимии, медицинской химии и т. п. С  помощью метода ЯМР можно определить, например, химическое окружение атомов водорода даже в таких сложных  молекулах, как сегменты ДНК. Прогресс в развитии спектроскопии ЯМР  зависит от возможности создания сильного магнитного поля, которое  можно получить с помощью компактных сверхпроводящих магнитов. Созданный  в 1973 г. томограф, основанный на ЯМР, позволяет  наблюдать картину распределения  химических отклонений и концентрации ядер таких крупных объектов, как тело человека, что весьма важно при диагностике ряда заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. 
Оптическая спектроскопия позволяет анализировать спектр излучения вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях: твердом, .жидком, газообразном. Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его оптическому спектру излучения. В качественном спектральном анализе полученный спектр интерпретируют с помощью таблиц и атласов спектров элементов и индивидуальных соединений. Содержание исследуемого вещества при количественном спектральном анализе определяют по относительной или абсолютной интенсивности линий или полос спектра. 
С применением лазерного источника излучения и персонального компьютера возможности оптического спектрометра значительно расширяются: такой спектрометр способен обнаружить отдельную молекулу или даже атом любого вещества.