Курсовая работа: Главные особенности современной естественной науки
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Концепция современного естествознания»
по теме: «Главные особенности современной естественной науки»
Оглавление
Введение
1. Глобальный эволюционизм как основная парадигма современной естественной науки
2. Синергетика как новое миропонимание конца XX века
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Научно-техническая революция (НТР) – понятие, используемое для обозначения тех качественных преобразований, которые произошли в науке и технике во второй половине XX века. Начало НТР относится к середине 40-х гг. XX в. В ходе ее завершается процесс превращения науки в непосредственную производительную силу. НТР изменяет условия, характер и содержание труда, структуру производительных сил, общественное разделение труда, отраслевую и профессиональную структуру общества, ведет к быстрому росту производительности труда, оказывает воздействие на все стороны жизни общества, включая культуру, быт, психологию людей, взаимоотношение общества с природой.
Научно-техническая революция – длительный процесс, который имеет две главные предпосылки – научно-техническую и социальную. Важнейшую роль в подготовке НТР сыграли успехи естествознания в конце XIX – в начале XX вв., в результате которых произошел коренной переворот во взглядах на материю и сложилась новая картина мира. Были открыты электрон, явление радиоактивности, рентгеновские лучи, создана теория относительности и квантовая теория. Совершился прорыв науки в область микромира и больших скоростей.
Последние три десятилетия XX века ознаменовались новыми радикальными научными достижениями. Эти достижения можно характеризовать как четвертую глобальную научную революцию, в ходе которой формировалась постнеклассическая наука. Сменивший прежнюю неклассическую науку первой половины XX века, этот новейший период в развитии естествознания, образующий естественнонаучную составляющую второго этапа научно-технической революции, о характеризуется рядом особенностей.
Во-первых, это – ориентация постнеклассической науки на исследование весьма сложных, исторически развивающихся систем (среди них особое место занимают природные комплексы, в которые включен в качестве компонента сам человек). Представления об эволюции подобных систем вводятся в картину физической реальности через новейшие идеи современной космологии (концепция «Большого взрыва» и др.), через изучение «человекоразмерных комплексов» (объекты экологии, включая биосферу в целом, системы «человек - машина» в виде сложных информационных комплексов и т.д.), и, наконец, через разработку идей термодинамических неравновесных процессов, приведших к возникновению синергетики.
Во-вторых, важное направление исследований постнеклассической науки составляют объекты биотехнологии, и в первую очередь, генетической инженерии. Успехи последней на рубеже XX - XXI вв. определяются новейшими достижениями биологии – в плане расшифровки генома человека, постановки и решения проблем клонирования высших млекопитающих (эти проблемы, заметим, включают не только естественнонаучный, но и социально-этический аспекты).
В-третьих, для постнеклассической науки характерен новый уровень интеграции научных исследований, нашедший выражение в комплексных исследовательских программах, реализация которых требует участия специалистов различных областей знания.
1. Глобальный эволюционизм как основная парадигма современной естественной науки
Одна из важнейших идей европейской цивилизации – идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII в.. Но уже XIX в. по праву может быть назван веком эволюции. Сначала в геологии, затем биологии и социологии теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание.
В науках физико-химического цикла идея развития пробивала себе дорогу очень сложно. Вплоть до второй половины XX в. в ней господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. Даже переход от классической ньютоновской физики к неклассической (релятивистской и квантовой) в этом отношении ничего не изменил. Правда, в классической термодинамике был сделан некоторый робкий прорыв – введено понятие энтропии и представление о необратимых процессах, зависящих от времени. Этим самым в физические науки была введена «стрела времени». Но, в конечном счете, и классическая термодинамика изучала лишь закрытые равновесные системы, а неравновесные процессы рассматривались как возмущения, второстепенные отклонения, которыми следует пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта.
Проникновение идеи развития в геологию, биологию, социологию, гуманитарные науки в XIX – первой половине XX в. происходило независимо в каждой из этих отраслей познания. Философский принцип развития мира (природы, общества, человека) не имел общего, стержневого для всего естествознания (а также для всей науки) выражения. В каждой отрасли естествознания он имел свои (независимые от другой отрасли) формы теоретико-методологической конкретизации.
Только к концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция глобального эволюционизма.
В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от Большого Взрыва до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.
В концепции глобального эволюционизма подчеркивается важнейшая закономерность – направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся история Вселенной – от момента сингулярности до возникновения человека – предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи.
Важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формообразований, неэффективные же инновации отбраковываются историческим процессом; качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи. Принцип глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, а глубокого понимания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.
На этом пути очень важную роль играет так называемый антропный принцип. Содержание этого принципа в том, что возникновение человечества, познающего субъекта (а значит, и предваряющего социальную форму движения материи органического мира) было возможным в силу того, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной (ее глубинная структура) именно таковы, какими они являются; если бы они были иными, Вселенную просто некому было бы познавать. Данный принцип указывает на глубокое внутреннее единство закономерностей исторической эволюции Вселенной, Универсума и предпосылок возникновения и эволюции органического мира вплоть до антропосоциогенеза. Согласно этому принципу существует некоторый тип универсальных системных связей, определяющих целостный характер существования и развития нашей Вселенной, нашего мира как определенного системно организованного фрагмента бесконечно многообразной материальной природы. Понимание содержания таких универсальных связей, глубинного внутреннего единства структуры нашего мира (Вселенной) дает ключ к теоретическому и мировоззренческому обоснованию программ и проектов будущей космической деятельности человеческой цивилизации.
Непосредственное отношение к теориям эволюционизма имеют представления о возникновении и развитии Вселенной. Основываясь на теории расширяющейся Вселенной (появившейся еще в первой половине XX века), оказалось возможным проследить развитие Вселенной в «обратную сторону», т.е. попробовать вернуться возможно дальше назад. Хотя осуществить такую реконструкцию было далеко не просто, но все же она оказалась успешной.
По современным взглядам около 14 млрд. лет назад Вселенная представляла собой материальное образование, сосредоточенное в каком-то очень малом объеме с фантастически большой плотностью (на много порядков превосходящей плотность вещества внутри атомного ядра). Внезапно, по неизвестным пока науке причинам, произошел «Большой взрыв», который принято называть «рождением Вселенной» (ибо до этого «взрыва» материя имела совершенно иные, трудновообразимые свойства). Почти мгновенно (за 10-82 секунды) пространство раздулось в огромный раскаленный шар, значительно превосходивший размеры видимой нами части Вселенной. По новейшим расчетам американских ученых, это произошло 13 млрд 700 млн лет назад.
Начиная с 20-х годов XX века, модель расширения Вселенной, созданная А.А. Фридманом, считалась общепринятой. Но расчеты, сделанные им, говорили о равномерном расширении Вселенной, а новые, более точные вычисления указывают на фазу почти мгновенного ее раздувания. Новую теорию, созданную в 80-х годах XX века, в основном усилиями отечественных ученых, назвали теорией раздувающейся Вселенной. Согласно этой теории, в процессе раздувания первоначальная Вселенная (Правселенная) расщепилась на множество отдельных Вселенных, различающихся всеми фундаментальными константами, которые определяют физические свойства мира. Наша Вселенная – одна из них. Такого рода идеи отстаивают в настоящее время некоторые российские ученые (А.Д. Линде, С.С. Григорян и др.).
Каждая из Вселенных расширялась уже по фридмановскому сценарию. Вначале, когда наша Вселенная (как и все прочие) была еще очень горяча, в ней рождались тяжелые элементарные частицы, на которые идёт много массы и энергии. Они распадались и тут же воссоздавались заново, но скорость восстановления постепенно снижалась, и Вселенная обогащалась поколениями все более легких частиц. Согласно расчетам, протоны и нейтроны – «кирпичики», из которых сложены атомные ядра, – образовались примерно через тысячную долю секунды от «начала мира» или чуть раньше. Через несколько минут они «слиплись» в ядра. Вся последующая эволюция Вселенной – образование химических элементов, туманностей, звезд, галактик и так далее – не что иное, как медленное затухание, длинный «хвост» первичных процессов.
Область «начала мира» – предмет новейшего научного направления, получившего наименование квантовой космологии. До сих пор проверка теоретических выводов о процессах вблизи порога «рождения Вселенной» может основываться лишь на косвенных данных. Например, на изучении предсказываемых теорией свойств элементарных частиц и реакций между ними. Успехи физики частиц вселяют сегодня уверенность в правильности космологических построений ученых. Знаменательным стало то, что впервые в истории науки был «перекинут мост» между двумя, казалось бы, противоположными, полюсами научных знаний – космологией, изучающей Вселенную с ее фантастическими расстояниями, и квантовой физикой, исследующей явления в ультрамалом. Оказалось, что, по существу, – это два аспекта одного и того же научного знания. В природе все взаимосвязано: изучая свойства микрочастиц, физики уточняют свое представление о фазах эволюции Вселенной; космологические же данные используются для выбора между различными вариантами теории элементарных частиц.
Важным событием космологии последних десятилетий XX века стала разработка релятивистской теории гравитации (РТГ), в основе которой лежат труды ряда отечественных ученых (А.А. Логунова, Ю.М. Лоскутова, М.А. Мествиришвили и др.). Эта теория, по-новому осмысливающая физическую реальность, пришла к концу XX века на смену общепризнанной до недавнего времени общей теории относительности А.Эйнштейна, обнаружившей серьезные недостатки. Анализ общей теории относительности (ОТО) показывает, что принятие ее концепции ведет, во-первых, к отказу от законов сохранения энергии-импульса и момента количества движения вещества и гравитационного поля, вместе взятых, во-вторых, к отказу от представления гравитационного поля как классического поля типа Фарадея - Максвелла... Однако ни в макро-, ни в микромире нет ни одного экспериментального указания, прямо или косвенно ставящего под сомнение справедливость законов сохранения материи, поэтому для отказа от этих законов нет никаких физических оснований.
В силу этого, ОТО как теория, лишенная этих законов, с физической точки зрения не может считаться удовлетворительной. Отсутствие каких-либо экспериментальных указаний на нарушение законов сохранения дает основание утверждать, что физически приемлемой может быть только теория, согласующаяся с законами сохранения и объясняющая всю совокупность гравитационных эффектов.
Именно такой теорией и является РТГ, в которой гравитационное поле рассматривается «как любое другое физическое поле со всеми присущими физическим полям атрибутами».
Таким образом, в настоящее время идея глобального эволюционизма – это не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве, а с другой – ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации.
2. Синергетика как новое миропонимание конца XX века
На современном постнеклассическом этапе познания материального мира чрезвычайно важную роль играет парадигма самоорганизации, которая служит естественнонаучной основой философской категории развития. В настоящее время установлено, что обязательным условием развития является процесс самоорганизации, приводящий к возникновению качественно новых материальных структур.
Длительное время в науке доминировало представление об отсутствии явления самоорганизации в неживой природе. Считалось, что объекты неорганического мира способны изменяться только в направлении дезорганизации. Последнее означает, что в соответствии со вторым началом термодинамики, системы неживой природы могут «эволюционировать» лишь в сторону возрастания их энтропии, а значит, хаоса. Считалось, что самоорганизующиеся процессы присущи только живым системам.
Первые серьезные усилия по научному исследованию вопросов самоорганизации были предприняты в кибернетике. Эта наука имела дело как с живыми, так и с техническими (построенными из неживого вещества) управляемыми и саморегулирующимися системами, т.е. с системами, в которых самоорганизация заложена изначально. Кибернетику интересовали гомеостатические системы, поддерживающие свое функционирование в заданном режиме. Само понятие гомеостазиса указывает на то, что в гомеостатической системе речь может идти только о самоорганизации, направленной на достижение оптимальной структуры ее элементов. Такая идея позволяет понять факт устойчивости и сохранения систем (в том числе живых). Но с позиций гомеостазиса нельзя понять, как возникают новые системы, причем не только в живой, но и в неорганической природе. К тому же, проблема гомеостазиса в кибернетике рассматривается с чисто функциональной точка зрения и поэтому в ней не анализируются конкретные механизмы самоорганизации.
Постепенно в науке накапливалось все большее число фактов, свидетельствовавших о возникновении упорядоченных структур и феномена самоорганизации в неживой природе при наличии определенных условий. Даже повседневные наблюдения (образование, например, песчаных дюн, вихрей на воде, различного рода кристаллов и т.п.) свидетельствуют о том, что и в неживой природе, – наряду с дезорганизацией, – происходит также и самоорганизация, которая проявляется в возникновении новых материальных структур. В настоящее время считается установленным, что процессы самоорганизации (так же как, разумеется, и дезорганизации) могут происходить в сравнительно простых физических и химических средах неорганической природы. А это означает, что простейшая, элементарная форма самоорганизации имеет место уже в рамках физической и химической форм движения материи. Причем, чем сложнее форма движения материи, тем выше уровень ее самоорганизации.
Указанные наблюдения и обобщения привели к возникновению синергетики – междисциплинарного научного направления, изучающего общие и универсальные механизмы самоорганизации, т.е. механизмы самопроизвольного возникновения и относительно устойчивого существования макроскопических упорядоченных структур самой различной природы. Синергетика стирает, как казалось, непреодолимые грани между физическими и химическими процессами, с одной стороны, и биологическими и социальными процессами – с другой, ибо исследует общие механизмы самоорганизации и тех, и других.
Зарождение синергетики произошло в вашей стране. Еще в 60-х годах XX века отечественным ученым E. Белоусовым были начаты интересные эксперименты с так называемыми автокаталитическими химическими реакциями, которые затем были продолжены A.M. Жаботинским. Эти эксперименты показали, что наличие автокаталитических реакций значительно ускоряет процессы самоорганизации в химической форме движения. Были высказаны веские предположения, что именно автокаталитические самоорганизующиеся химические процессы послужили основой для перехода от предбиологической к биологической форме движения материи.
Позднее реакция Белоусова-Жаботинского послужило экспериментальной основой для построения математической модели самоорганизующихся процессов в бельгийской школе лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожина (1917-2003). Исследуя по преимуществу процессы самоорганизации в физических и химических системах, И.Р. Пригожин в целом ряде своих работ (часть из них переведена на русский язык) раскрывает исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.
В 70-80-х годах XX века работы в области синергетики быстро расширялись, в них включались все новые исследователи. В нашей стране разработкой теории самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного (компьютерного) эксперимента занялась школа академика А.А. Самарского и члена-корреспондента РАН С.П. Курдюмова. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в нелинейных средах.
Немецкому профессору Г. Хакену (Институт синергетики и теоретической физики в Штутгарте) удалось объединить большую международную группу ученых, создавшую серию книг по синергетике. В этих работах представлялись результаты исследований процессов самоорганизации в самых разных системах, включая и социальные.
Создатели синергетики показали, что способность к самоорганизации является атрибутивным свойством материальных систем, а потому синергетика на сегодня является наиболее общей теорией самоорганизации.
Формирование синергетики в последней четверти XX столетия оказалось в чем-то схожим со становлением кибернетики в середине этого столетия. Такая схожесть основывается на обнаруженной общности в феноменах, имеющих место в системах неживой и живой природы, а также в социальных системах. Во всех этих материальных системах имеют место процессы самоорганизации.
Вместе с тем между кибернетикой и синергетикой существует и значительное различие. Кибернетика, возникшая на рубеже 40-50-х годов XX века, претендовала на общенаучное значение в изучении процессов управления, имеющих место в некоторых неорганических (созданных человеком), биологических и социальных системах. И, надо сказать, она успешно отстояла свой общенаучный статус. Синергетика претендует сегодня на большее: она выступает уже как новое миропонимание, как основа концепций глобального и космического эволюционизма.
Заключение
Новая система познавательных идеалов и норм обеспечивает значительное расширение поля исследуемых объектов, открывая пути к освоению сложных саморегулирующихся систем. В отличие от малых систем такие объекты характеризуются уровневой организацией, наличием относительно автономных и вариабельных подсистем, массовым стохастическим взаимодействием их элементов, существованием управляющего уровня и обратных связей, обеспечивающих целостность системы. Именно включение таких объектов в процесс научного исследования вызвало резкие перестройки в картинах реальности ведущих областей естествознания.
Процессы интеграции этих картин и развитие общенаучной картины мира стали осуществляться на базе представлений о природе как сложной динамической системе. Этому способствовало открытие специфики законов микро-, макро- и мегамира в физике и космологии, интенсивное исследование механизмов наследственности в тесной связи с изучением надорганизменных уровней организации жизни, обнаружение кибернетикой общих законов управления и обратной связи. Тем самым создаются предпосылки для построения целостной картины природы, в которой прослеживалась иерархическая организованность Вселенной как сложного динамического единства. Картины реальности, вырабатываемые в отдельных науках, на этом этапе еще сохраняли свою самостоятельность, но каждая из них участвовала в формировании представлений, которые затем включались в общенаучную картину мира. Последняя, в свою очередь, рассматривалась не как точный и окончательный портрет природы, а как постепенно уточняемая и развивающаяся система относительно истинного знания о мире.
Все эти радикальные сдвиги в представлениях о мире и процедурах его исследования сопровождались формированием новых философских оснований науки. Идея исторической изменчивости научного знания, относительной истинности вырабатываемых в науке онтологических принципов соединялась с новыми представлениями об активности субъекта познания. Он рассматривался уже не как дистанцированный от изучаемого мира, а как находящийся внутри него, детерминированный им. Возникает понимание того обстоятельства, что ответы природы на наши вопросы определяются не только устройством самой природы, но и способом нашей постановки вопросов, который зависит от исторического развития средств и методов познавательной деятельности. На этой основе вырастало новое понимание категорий истины, объективности, факта, теории, объяснения и т.п. Радикально видоизменялась и «онтологическая подсистема» философских оснований науки.
Развитие квантово-релятивистской физики, биологии и кибернетики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, вещи, процесса, состояния и др. В принципе можно показать, что эта «категориальная сетка» вводила новый образ объекта, который представал как сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идеи несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Важную роль при описании динамики системы начинают играть категории случайности, потенциально возможного и действительного. Причинность не может быть сведена только к ее лапласовской формулировке – возникает понятие «вероятностной причинности», которое расширяет смысл традиционного понимания данной категории.
Список использованной литературы
1. Айламазян А.К., Стась Е.В. Информатика и теория развития. – М.: Наука, 1989.
2. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. – М.: Наука, 1986.
3. Гивишвили Г.В. Антропогенная вселенная // Химия и жизнь. 1993. № 6. С. 9-11.
4. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1998.
5. Капица С.П.. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. – М., 1997.
6. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. – М.: Молодая гвардия, 1990.
7. Степин B.C., Горохов В.Г., Розов МЛ. Философия науки и техники. Учебное пособие для высших учебных заведений. – М., 1996.
8. Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе. – М., 1994.
9. Хокинг С. От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. – М.: Мир, 1990
10. Шрейдер Ю.А. Эволюция и сотворение мира // Химия и жизнь. 1993. № 1. С. 22-27.