Карпенков С. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.. 4
ЧАСТЬ I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР.. 6
Глава I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И ОКРУЖАЮЩИЙ МИР 6
1.1. Роль естествознания в формировании профессиональных знаний 6
1.2. Естествознание в изменяющемся мире... 10
1.3. Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания... 12
1.4. Естествознание и математика... 14
1.5. Развитие естествознания и антинаучные тенденции 16
1.6. Естествознание и нравственность... 19
1.7. Рациональная и реальная картина мира.. 22
1.8. Естественно-научные и религиозные знания. 24
Контрольные вопросы. 28
Глава II.  ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЕ ПОЗНАНИЕ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА 29
2.1. Естественно-научное познание - процесс постижения истины... 29
2.2. Формы естественно-научного познания. 32
2.4. Научное открытие и доказательство 41
2.5. Эксперимент - основа естествознания 44
2.6. Современные средства естественно-научных исследований... 49
2.7. Важнейшие достижения современного естествознания 52
Контрольные вопросы. 55
ЧАСТЬ II. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. 56
Глава 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ... 56
3.1. Физика - фундаментальная отрасль естествознания.. 56
3.2. Концепция атомизма и универсальность физических законов. 61
3.3. Фундаментальные взаимодействия. 63
3.4. Концепции материи, движения, пространства  и времени.. 66
3.5. Принцип относительности и инвариантность... 69
3.6. Свойства пространства, времени и законы сохранения 71
3.7. Фундаментальные законы Ньютона 73
3.8. Статистические и термодинамические свойства макросистем 75
3.9. Термодинамические законы. 78
3.10. Электромагнитная концепция 80
3.11. Корпускулярно-волновые свойства света. 83
Контрольные вопросы. 87
Глава 4. АТОМНЫЙ И НУКЛОННЫЙ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ  МАТЕРИИ... 87
4.1. Эволюция представлений о строении атомов... 87
4.2. Постулаты Бора.. 89
4.3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц. 90
4.4. Вероятностный характер микропроцессов.. 92
4.5. Элементарные частицы 93
4.6. Строение атомного ядра... 95
4.7. Ядерные процессы 97
4.8. Перспективы развития физики микромира... 100
Контрольные вопросы... 103
ЧАСТЬ III. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ 103
Глава 5. КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ. 103
5.1. Сущность концепции развития.. 103
5.2. Эволюция Вселенной.. 106
5.3. Структура Вселенной.. 109
5.4. Средства наблюдения объектов Вселенной.. 111
5.5. Проблема поиска внеземных цивилизаций.. 113
5.6. Солнечная система - часть Вселенной.. 114
5.7. Земля - планета Солнечной системы 118
Контрольные  вопросы.. 123
Глава 6. ЭВОЛЮЦИЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ О ВЕЩЕСТВЕ 123
6.1. Развитие химических знаний. 123
6.2. Управление химическими процессами. 127
6.3. Синтез химических веществ... 128
6.4. Современный катализ. 131
6.5. Образование земных и внеземных веществ.. 135
6.6. Природные запасы сырья 136
6.7. Органическое сырье 141
6.8. Новые химические элементы и изотопы... 146
6.9. Перспективные химические процессы.. 149
6.10. Синтетические материалы 153
6.11. Традиционные материалы с новыми  свойствами 158
6.12. Перспективные материалы... 162
Контрольные вопросы... 171
Глава 7. БИОСФЕРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ 172
7.1. Основополагающие жизненные системы. 172
7.2. Равновесие биохимических процессов. 173
7.3. Носитель генетической информации. 174
7.4. Генетические свойства 176
7.5. Белки - основа живых систем. 179
7.6. Строение и разновидности клеток. 181
7.7. Современное представление о происхождении жизни... 183
7.8. Предпосылки эволюционной идеи 187
7.9. Эволюция жизни. 189
7.10. Растительный и животный мир... 197
7.11. Человек - феномен природы. 203
7.12. Жизнеобеспечение человека 206
7.13. Продление жизни организма 213
7.14. Формирование ноосферы. 217
Контрольные вопросы... 218
ЧАСТЬ IV. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ. 219
Глава 8. КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЭНЕРГЕТИКИ. 219
1.1. Развитие технических средств информационных технологий 219
8.2. Современные средства накопления информации 223
8.3. Мультимедийные системы и виртуальный мир... 228
8.4. Микро- и наноэлектронная технологии 230
8.5. Лазерные технологии.. 236
8. 6. Современные биотехнологии 241
8.7. Генные технологии.. 242
8. 8. Проблемы клонирования... 244
Контрольные вопросы... 245
Глава 9. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ.. 246
9.1. Современное представление об энергии.. 246
9. 2. Преобразование и потребление энергии.. 248
9.3. Эффективность производства н потребления энергии 250
9.4. Тепловые электростанции.. 251
9.5. Повышение эффективности энергосистем 252
9.6. Гидроисточники и геотермальные источники энергии... 255
9.7 Гелиоэнергетика... 258
9.8 Энергия ветра 260
9.9. Атомная энергетика. 262
9.10. Особенности развития отечественной энергетики 266
9.11. Энергии Мирового океана 267
9.12. Энергетика будущего. 269
Контрольные вопросы... 269
Глава 10. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ.. 270
10.1. Глобальные катастрофы и эволюция жизни... 270
10.2. Биосфера и предотвращение экологической катастрофы.. 272
10.З. Природные катастрофы и климат. 275
10.4. Парниковый аффект и кислотные осадки 279
10.5. Сохранение озонового слоя.. 281
10.6. Водные ресурсы и проблемы их сохранения.. 283
10.7. Потребление анергии и среда нашего обитания. 285
10.8. Радиоактивное воздействие на биосферу 286
10.9. Естественно-научные проблемы защиты окружающей среды.. 291
Контрольные вопросы... 292
Глава 11. ГАРМОНИЯ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛЮДЕЙ И ПРИРОДЫ.. 293
11.1. Обновление энергосистем 293
11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда 294
11.3. Города и природа... 297
11.4. Решение проблем утилизации.. 300
11.5. Перспективные материалы, технологии и окружающая среда.. 304
Контрольные вопросы... 306
Заключение.. 307
Словарь специальных терминов... 307
Указатель имен... 317

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Издание второе,
исправленное  и дополненное

Рекомендовано
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений

издательство
«Академический Проект» 2000

Посвящается всем тем, кто
хотел бы поведать тайны,
могущество и красоту природы

Предисловие

В современном обществе большое внимание уделяется не только различным отраслям естествознания, но и бурно развивающимся наукоемким технологиям, энергетике и экологии. Фундаментальным концепциям естествознания и естественно-научным основам современных технологий, энергетики и экологии посвящен настоящий учебник.
Учебник состоит из четырех частей. В части I обоснована практическая значимость естествознания в современном обществе и рассмотрены основные положения естественно-научного познания окружающего мира. В части II изложены фундаментальные законы и концепции естествознания. Часть III посвящена естественно-научным концепциям развития процессов в природе. В части IV рассмотрены естественно-научные основы современных технологий, энергетики и экологии.
Материал учебника изложен на уровне концепций, т.е. с учетом основополагающих идей и систем взглядов на рассматриваемые естественно-научные вопросы. При изложении материала использованы простые известные школьникам математические выражения, формулы и термины. Естественно-научная сущность рассматриваемых вопросов представлена в наглядной и доступной для выпускника средней школы форме.
Учебник написан в соответствии с содержанием учебных пособий автора: «Основные концепции современного естествознания» (ЮНИТИ, 1998) и «Концепции современного естествознания: Практикум» (ЮНИТИ, 1998),– а также с учетом исправлений, изменений и дополнений материала, изложенного в ранее изданном учебнике автора «Концепции современного естествознания» (ЮНИТИ, 1997).
Автор выражает благодарность коллегам и рецензентам, чьи замечания и пожелания способствовали улучшению качества книги.
При изучении концепций современного естествознания полезно помнить мудрое наставление русского публициста Дмитрия Писарева (1840–1868): «Надо учиться в школе, но еще гораздо более надо учиться по выходе из школы».
Книга предназначена для студентов высших учебных заведений дневной, вечерней и заочной форм обучения экономических, юридических, философских, а также специальностей и специализаций управления, социологии, технологии, менеджмента, маркетинга, товароведения, туризма, бизнеса, финансов, предпринимательства и др.

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Наконец-то я подаю руку по-настоящему полезной науке.
Гораций

Введение

У любого человека еще в самом раннем возрасте возникает любопытство – естественное стремление познать окружающий мир. «Любопытство сродно человеку, и просвещенному, и дикому»,– утверждал выдающийся русский историк и писатель Николай Карамзин (1766–1826). С возрастом неосознанное стремление познать окружающий мир постепенно перерастает в осознанную форму любопытства – желание познать законы, которые управляют природой, и способы их применения, позволяющие человеку предвидеть возможные последствия своих действий. Законы о природе и способы их применения – концентрированный опыт человечества, составляющий опору практической деятельности человека, способную защитить его от возможных ошибок и неудач и помочь достичь желаемых целей. Концентрированный опыт человечества – фундаментальная и необходимая основа любого образовательного процесса: человек должен знать, как функционирует сложнейшая система – природа Земли – его единственный дом, которому он обязан своим появлением на свет и частью которого является сам.
Естествознание – наука о явлениях и законах природы. Современное естествознание включает многие естественно-научные отрасли: физику, химию, биологию, а также многочисленные смежные отрасли, такие как физическая химия, биофизика, биохимия и многие другие. Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и многосторонних проявлениях свойств объектов природы, которую можно рассматривать как единое целое.
Если излагать подробно весь научный материал, накопленный в течение длительного периода времени во всех отраслях естествознания, то получится огромный фолиант, может быть и нужный, но мало полезный даже для узких специалистов естественнонаучного профиля, не говоря уже о специалистах гуманитарных направлений. Задача изложения материала естествознания усложняется еще и тем, что его форма должна быть доступной будущим специалистам, для которых естествознание не является дисциплиной, формирующей профессиональные знания.
Для решения данной задачи нужен обобщающий философский подход с учетом передовых методов дидактики, основанных на закономерностях усвоения знаний и приобретения умений и навыков. Сущность такого подхода заключается в изложении естественнонаучного материала на уровне концепций – основополагающих идей и системы взглядов. Концептуальный системный подход полезен не только для понимания развития самого естествознания и изучаемых им явлений и законов природы, но и для знакомства с важнейшими достижениями естествознания, на основе которых успешно развиваются современные наукоемкие технологии, способствующие повышению качества выпускаемой продукции и бережному отношению к природе.
Многие достижения современного естествознания, составляющие базу для наукоемких технологий, связаны со всесторонним изучением объектов и явлений природы. С привлечением современных технических средств эксперимента именно такое изучение позволило не только создать сверхпрочные, сверхпроводящие и многие другие материалы с необычными свойствами, но и по-новому взглянуть на биологические процессы, происходящие внутри клетки и даже внутри молекулы. Большинство отраслей современного естествознания так или иначе связано с молекулярным исследованием тех или иных объектов, которое объединяет многих естествоиспытателей, занимающихся узкоспециализированными проблемами. Результаты подобного рода исследований – разработка и производство новой высококачественной продукции, и прежде всего товаров повседневного спроса. Для того, чтобы знать, какой ценой дается такая продукция – важнейшая составляющая экономики, каковы перспективы развития современных наукоемких технологий, тесно связанных с экономическими, социальными, политическими и другими проблемами, нужны фундаментальные естественно-научные знания, в том числе и общее концептуальное представление о молекулярных процессах, на которых основаны важнейшие достижения современного естествознания.
Современные средства естествознания – науки о фундаментальных законах, природных явлениях и разнообразных свойствах объектов природы – позволяют изучать многие сложнейшие процессы на уровне ядер, атомов, молекул, клеток. Плоды постижения истинных знаний о природе именно на таком глубинном уровне известны каждому образованному человеку. Синтетические и композиционные материалы, искусственные ферменты, искусственные кристаллы – все это не только реальные объекты разработок ученых-естествоиспытателей, но и продукты потребления различных отраслей промышленности, производящих в широком ассортименте товары повседневного спроса. В этой связи изучение естественно-научных проблем на молекулярном уровне в рамках основополагающих идей – концепций – вне всякого сомнения актуально, полезно и необходимо для будущих специалистов высокой квалификации естественно-научного и технического профиля, а также для тех, чья профессиональная деятельность не имеет прямого отношения к естествознанию, т. е. для будущих экономистов, специалистов управления, товароведов, юристов, социологов, психологов, журналистов, менеджеров и др.
В последнее время все чаще говорят не о химическом взаимодействии веществ и повышении их химической активности, а об изменении структуры молекулы, о разрыве цепи молекул, о взаимодействии молекулярных пучков, о соединении фрагментов молекул ДНК и т. д. В лексиконе специалистов и научных комментаторов-журналистов все чаще встречаются слова «молекула», «молекулярная структура» и т. п. А это означает, что современный уровень естествознания отражает понимание происходящих в природе явлений, а также процессов, наблюдаемых в лабораториях, с учетом строения и поведения каждой молекулы. Именно благодаря такому пониманию синтезируются ранее не существовавшие в природе вещества с принципиально новыми свойствами, а из них создаются новые машины, устройства, изделия и т.п., выращиваются высококачественные сорта культурных растений, разрабатываются эффективные способы и средства лечения болезней и т. д.
На первый взгляд может показаться, что подобного рода знания совсем не нужны, например, будущему специалисту управления или журналисту. В действительности же без них специалист управления не сможет выбрать перспективное направление своей деятельности, ибо любое дело так или иначе связано с новой материальной базой и новыми технологиями. Следовательно, специалист управления, если он истинный специалист, должен обладать глубокими и всесторонними знаниями. То же самое можно сказать и о журналисте: без глубокого понимания комментируемой проблемы журналист не в состоянии правильно и в популярной форме донести до широкого круга читателей важнейшие естественно-научные достижения. Не обладая нужными знаниями журналист может ошибочно сориентировать общественное мнение и спровоцировать необъективное решение, как это случилось, например, при необоснованном объявлении временного моратория на генную инженерию (1975 – 1985 гг.).
Надо сказать, что естественно-научные знания с концептуальным представлением о важнейших достижениях современного естествознания нужны не только будущим экономистам, юристам, менеджерам, предпринимателям и другим высококвалифицированным специалистам, но и любому образованному человеку вне зависимости от рода его деятельности.
Знания сами по себе не приходят. Нужно усердно работать, прилежно учиться, понимая свободу как осознанную необходимость. «Надобно учиться не стыдясь, а учить не скупясь», – так сказал в далекие времена известный мыслитель Василий Великий (ок. 330–379), и только в этом случае можно надеяться на успех.

Заключение

Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих проявлениях: она непрерывно изменяется и находится в постоянном движении. Круг знаний о ней становится все шире, и область сопряжения его с безграничным полем незнания превращается в громадное размытое кольцо, усеянное научными идеями – зернами естествознания. Некоторые из них своими ростками пробьются в круг классических знаний и дадут жизнь новым идеям, новым естественно-научным концепциям, другие же останутся лишь в истории развития науки. Их сменят затем более совершенные. Такова диалектика развития естественно-научного познания окружающего мира.
О природе как о предмете естествознания можно говорить строгим научным языком. Про нее же можно сказать и простые слова, несущие глубокий смысл, как это сделал немецкий мыслитель и естествоиспытатель Иоганн Гете:
«Природа! Окруженные и охваченные ею, мы не можем ни выйти из нее, ни глубже в нее проникнуть... Захватывает она нас в вихре своей пляски и несется с нами, пока, утомленные, мы не выпадем из рук ее.
Она вечно говорит с нами, но тайн своих не открывает. Мы постоянно действуем на нее, но нет у нас над ней никакой власти.
Она – единственный художник: из простейшего вещества творит она противоположнейшие произведения, без малейшего усилия, с величайшим совершенством и на все кладет какое-то нежное покрывало. Она беспрерывно думала и мыслит постоянно, но не как человек, а как природа, У нее собственный всеобъемлющий смысл...
Нет числа ее детям. Ко всем она равно щедра, но у нее есть любимицы, которым много она расточает, много приносит в жертву. Великое она принимает под свой покров.
Жизнь – ее лучшее изобретение; смерть для нее средство для большей жизни.
Она окружает человека мраком и гонит его к свету. Всякое ее деяние – благо, ибо всякое необходимо; она медлит, чтобы к ней стремились; она спешит, чтобы ею не насытились.
У нее нет речей и языка, но она создает тысячи языков и сердец, которыми она говорит и чувствует. Венец ее – любовь. Любовью только приближаются к ней. Одним прикосновением уст к чаше любви искупает она целую жизнь страданий.
Она сурова и кротка, любит и ужасает, немощна и всемогуща. Не вырвать у нее признания в любви, не выманить у нее подарка, разве добровольно она подарит. Как она творит, так можно творить вечно».
.

Комментарии (3)
Обратно в раздел Наука