Шпаргалка по дисциплине "Концепции современного естествознания"

1. Естествознание как  система наук о природе

В современном мире естествознание представляет систему наук о природе, или так называемых естественных наук, взятых во взаимной связи.

Естествознание - совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе, как едином целом. Оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна из естественных наук. Поэтому естествознание, наряду с науками об обществе и мышлении, - важнейшая часть человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

К естественным наукам относятся:

· Науки о космосе, его строении и эволюции (астрономия, космология, астрофизика, космохимия и т.д.);

· Физические науки (физика) - науки  о наиболее глубоких законах природных  объектов и в то же время - о наиболее простых формах их изменений;

· Химические науки (химия) - науки  о веществах и их превращениях

· Биологические науки (биология) - науки о жизни;

· Науки о Земле (геономия) - сюда относится: геология (наука о строении земной коры), география (наука о размерах и формах участков земной поверхности) и др.

Цель естествознания: 1) находить сущность явлений природы, их законы, и на этой основе предвидеть или создавать новые явления. 2) Раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил веществ природы.

 

2. Агрегатные превращения. Особенности  газообразного и конденсированного  состояния вещества

Изменения агрегатного состояния это термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое — плавление; из жидкого в газообразное — испарение и кипение; из твёрдого в газообразное — сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое — конденсация; из жидкого в твёрдое — кристаллизация.

ГАЗ (франц. gaz, от греч. chaos — хаос), агрегатное состояние вещества, в котором составляющие его атомы и молекулы почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Газ - Состояние, характеризующееся хорошей сжимаемостью, отсутствием способности сохранять как объём, так и форму. Газ стремится занять весь объём, ему предоставленный. Атомы или молекулы газа ведут себя относительно свободно, расстояния между ними гораздо больше их размеров.

Газы равномерно заполняют доступное для них пространство, и в отличие от жидкостей и твердых тел, не образуют свободной поверхности. Они оказывают давление на ограничивающую заполняемое ими пространство оболочку. Плотность газов при нормальном давлении на насколько порядков меньше плотности жидкостей. В отличие от твердых тел и жидкостей, объем газов существенно зависит от давления и температуры.

Конденсированное  состояние вещества, твёрдое и жидкое состояния вещества. В отличие от газообразного состояния, у вещества в конденсированном состоянии существует упорядоченность в расположении частиц (ионов, атомов, молекул). Кристаллические твёрдые тела обладают высокой степенью упорядоченности — дальним порядком в расположении частиц. Частицы жидкостей и аморфных твёрдых тел располагаются более хаотично, для них характерен ближний порядок. Свойства веществ в конденсированном состоянии определяются их структурой и взаимодействием частиц.

 

3. Особенности современного естествознания 

В конце 19-начале 20 века был сделан ряд научных открытий, в основном в области физики, которые привели  к новейшей революции в естествознании. В ней можно выделить 3 этапа: Первый этап связан со след открытиями: 1) электромагнитных волн в 1888г. 2) изобретением радио 3) явления радиоактивности.4) светового давления. 5)создание теории относительности Эйнштейном. 6) создание квантовой теории строения атома. Второй этап: связан с использованием корпускулярных и волновых традиций в описании природы, возникновением квантовой механики и сочетание этой новой естественно науки с теорией относительности. Третий этап: связан с овладением человеком атомной энергией и возникновением в сер 20 века новой науки об управлении в живой и неживой природе – кибернетики. С появлением новых открытий в области физики закончился классический этап в развитии естествознания и наступил новый неклассический этап, харак-ся квантово-релятивистскими представлениями о физической реальности. 

Особенности современного периода развития естествознания или современного естествознания.

1. Первый признак, характеризующий  современное естествознание - широкое  распространение в его различных  областях идеи и методов синергетики. Синергетика – теория самообразования и развития свободных природных открытых сложных систем. Синергетика изучает развивающуюся закономерность образования сложных структур от более простых структур.

2. Второй признак, характеризующий  современное естествознание - закрепление  теории цельности, осознание необходимости всестороннего глобального взгляда на мир.

3. Современное естествознание характеризуется  изменением характера объекта  исследования и усилением роли  комплексного подхода в его  изучении.

4. Еще одна из отличительных особенностей современного естествознания – широкое применение во всех его областях философии и ее методов.

5. Характерной особенностью современного естествознания является также то, что эта форма мышления понимает мир не только как систему гармонии, благозвучности, закономерности, но и как систему нестабильности, неустойчивости, транссизма, хаоса, неопределенности.

 

4. Агрегатные состояния вещества

Агрегатное  состояние — состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами: способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других основных физических свойств.^[1].

Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы или конденсат Бозе — Эйнштейна.

Изменения агрегатного состояния это термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое — плавление; из жидкого в газообразное — испарение и кипение; из твёрдого в газообразное — сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое — конденсация; из жидкого в твёрдое — кристаллизация. Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.

Твёрдое тело - Состояние, характеризующееся способностью сохранять объём и форму. Атомы твёрдого тела совершают лишь небольшие колебания вокруг состояния равновесия. Присутствует как дальний, так и ближний порядок.

Газ - Состояние, характеризующееся хорошей сжимаемостью, отсутствием способности сохранять как объём, так и форму. Газ стремится занять весь объём, ему предоставленный. Атомы или молекулы газа ведут себя относительно свободно, расстояния между ними гораздо больше их размеров.

Жидкость - Состояние вещества, при котором оно обладает малой сжимаемостью, то есть хорошо сохраняет объём, однако не способно сохранять форму. Жидкость легко принимает форму сосуда, в который она помещена. Атомы или молекулы жидкости совершают колебания вблизи состояния равновесия, запертые другими атомами, и часто перескакивают на другие свободные места. Присутствует только ближний порядок.

Плазма - Часто причисляемая к агрегатным состояниям вещества плазма отличается от газа большой степенью ионизации атомов. Большая часть барионного вещества (по массе ок. 99,9 %) во Вселенной находится в состоянии плазмы.

Другие: Сверхкритический флюид, Конденсат Бозе — Эйнштейна, Фермионный конденсат.

 

 

5. Развитие естествознания, отраженное  в научных революциях  

Первая научная революция произошла в эпоху, оставившую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период конца XV – XVI вв., ознаменовавший переход от Средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Последняя характеризовалась возрождением культурных ценностей античности, расцветом искусства, утверждением идей гуманизма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессм науки и радикальным изменением миропонимания, которое явилось следствием появления гелиоцентрического учения великого польского астронома Николая Коперника (1473 – 1543), которое он развил в своем труде “Об обращениях небесных сфер” (1543). 

Вторая научная революция. Охватывает три столетия – XVII, XVIII, XIX вв. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон. 

Галилей сформулировал  принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции. Большое значение для становления механики как  науки имело исследование Галилеем свободного падения тел.

Вторая научная революция завершилась  творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым был Исаак Ньютон (1643 – 1727).  Создание дифференциального и интегрального исчисления, и открытие трех основных законов движения, которые легли в основу механики. Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.

Начало процессу стихийной диалектизации  естественных наук, составившему суть третьей революции в естествознании, положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта (1724 – 1804) «Всеобщая естественная история и теория неба». В этом труде, опубликованном в 1755 г., была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы из некоторой первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. В начале ХХ века в физике и естествознании в целом произошла еще одна крупнейшая революция, приведшая к признанию релятивистской и квантовомеханической картины мира. Этому способствовали открытия: электромагнитных волн (Г. Герц), рентгеновских лучей (В. Рентген), радиоактивности (А. Беккерель), радия (М. Кюри-Складовская и П. Кюри), светового давления (П.Н. Лебедев), первых положений квантовой теории (М. Планк) и других явлений.

В 1905 г. А. Эйнштейн создал специальную  теорию относительности, в которой  свойства пространства и времени связаны с материей и вне материи теряют смысл. Эта теория дает преобразование пространственных и временных координат тел, которые двигаются со скоростями, сравнимыми со скоростью света.

 

6. Плазма – наиболее распространенное  состояние вещества во Вселенной

Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями. Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году.

По сегодняшним представлениям, фазовым состоянием большей  части вещества (по массе ок. 99,9 %) во Вселенной является плазма. Все звёзды состоят из плазмы, и даже пространство между ними заполнено плазмой, хотя и очень разреженной.

 

7. Натурфилософия в Древней Греции

Натурфилософия (от лат. natura — природа) — исторический термин, обозначавший (примерно до XVIII века) философию природы, понимаемую как целостную систему самых общих законов естествознания.

Первым древнегреческим философом принято считать Фалеса (ок. 625–547 до н. э.), основателя милетской школы. Согласно Фалесу, все многообразие природы, вещей и явлений можно свести к одной основе (первостихии или первоначалу), в качестве которой он рассматривал «влажную природу», или воду. Фалес считал, что все возникает из воды и в нее же возвращается.

После смерти Фалеса во главе Милетской школы стал Анаксимандр. В качестве первоначала всего сущего Анаксимандр считает апейрон (беспредельное). В его интерпретации апейрон не является ни водой, ни воздухом, ни огнем. “Апейрон есть не что иное, как материя”, которая находится в вечном движении и порождает бесконечное множество и многообразие всего существующего.

Последним известным представителем Милетской школы был Анаксимен. Анаксимен придавал большое значение выяснению природы первоначала. Таковым, по его мнению, является воздух, из которого все возникает и в который все возвращается. Анаксимен избирает в качестве первоначала воздух в силу того, что он обладает такими свойствами, которых нет (а если есть, то недостаточно) у воды.

Выдающимся представителем древнегреческой философии, внесшим заметный вклад в ее становление и развитие был Гераклит Эфесский. В основе всего сущего, его первоначалом, первовеществом Гераклит считал первоогонь – тонкую, подвижную и легкую стихию. Мир, Вселенную не создал никто ни из богов, ни из людей, но она всегда была, есть и будет вечно живым огнем, согласно своему закону, вспыхивающим и угасающим.

 

8. Гравитационное взаимодействие

Гравитация (притяжение, всемирное тяготение) (от лат. gravitas — «тяжесть») — универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. Гравитационное взаимодействие проявляется всегда как притяжение между всеми известными видами материи. Гравитационные силы прямо пропорциональны произведению масс и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Гравитация или тяготение не очень существенна при взаимодействии между малыми частицами, но она удерживает планеты, всю солнечную систему и галактику. Сила гравитационного взаимодействия значительно возрастает при взаимодействии больших масс. Скорость распространения гравитационных вол считается равной скорости света в вакууме.