Основные сокращения и обозначения
а. е. — астрономическая единица, расстояние от Земли до Солнца
Световой год — расстояние, которое проходит луч света за один год
°,', " — градус, минута, секунда дуги
°С, К — градус температурных шкал Цельсия и Кельвина
Дж — джоуль
пк — парсек
как — килопарсек
Мпк — мегапарсек
эВ — электрон-Вольт
1 эВ = 1,6 • 10-19 Дж = 1,6 • 10-12 эрг
МэВ — мегаэлектрон-Вольт (106 эВ.)
ГэВ — гигаэлектрон-Вольт (10 эВ)
с— секунда
Е — энергия физической системы.
F— сила
m — масса
t — время
Т — температура
V — скорость
с — скорость света
Z — красное смещение
λ — длина волны
ν — частота
е — электрон
n — нейтрон
р— протон
γ — фотон
≈ — приближенно равно
≥ (≤) — больше (меньше) или равно
h — постоянная Планка
G — гравитационная постоянная
k — постоянная Болъцмана
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ
1 а. е. =149 600 000 км
Световой год равен 9,46 • 1015 м = 0,3 пк, или около 10. 000 млрд км
Парсек (пк) - единица для выражения межзвездных расстояний, равная пути, который бы прошел свет (с = 300 000 км/с) за 3, 26 года
1 пк = 3,08 • 1016 м = 206 265 а. е.
Килопарсек (Кпк) равен 1000 пк
Мегапарсек (Мпк) равен 1 000 000 пк
1 ангстрем = 10-10 м
h = 6,6 • 10-27 эрг • с = 6,6 • 10-34 Дж
ћ = h/(2π) = 1,054 • 10-27 эрг • с
G=6,6•10-11 Н • м2/кг2
К =1,3 • 10-23 Дж • К-1
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ......................................................................................................................................................................................................... 2
ВВЕДЕНИЕ. Естествознание как отрасль научного познания................................................................................. 4
B.I. Понятие культуры......................................................................................................................................................................................... 4
В.2. Материальная и духовная культура................................................................................................................................................... 5
В.З. Наука как компонент духовной культуры...................................................................................................................................... 6
В.4. Проблема культур в науке: от конфронтации к сотрудничеству.......................................................................................... 7
В.5. Структура естественно-научного познания.................................................................................................................................. 9
Часть первая
Основные исторические периоды развития естествознания
1. НАКОПЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ В СИСТЕМЕ ПЕРВОБЫТНОГО СОЗНАНИЯ............................................. 12
1.1. Повседневное, стихийно-эмпирическое знание......................................................................................................................... 12
1.2. Зарождение счета....................................................................................................................................................................................... 13
1.3. Мифология..................................................................................................................................................................................................... 16
2. НАУКА В ЦИВИЛИЗАЦИЯХ ДРЕВНОСТИ.............................................................................................................................................. 20
2.1. Становление цивилизации.................................................................................................................................................................... 20
2.1.1. Неолитическая революция................................................................................................................................................................... 20
2.1.2. Рационализация форм деятельности и общения.......................................................................................................................... 24
2.1.3. Разделение труда и развитие духовной культуры....................................................................................................................... 26
2.1.4. Возникновение письменности.............................................................................................................................................................. 28
2.1.5. «Культурное пространство» древневосточных цивилизаций................................................................................................. 30
2.2. Развитие рациональных знаний в эпоху классообразования цивилизаций Древнего Востока.......................... 32
2.2.1. От Мифа к Логосу (Науке)................................................................................................................................................................... 32
2.2.2. Географические знания......................................................................................................................................................................... 33
2.2.3. Биологические, медицинские и химические знания........................................................................................................................ 34
2.2.4. Астрономические знания...................................................................................................................................................................... 35
2.2.5. Математические знания...................................................................................................................................................................... 37
3. СОЗДАНИЕ ПЕРВОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА В ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ............ 39
3.1. Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации........................................................................... 39
3.2. От Хаоса к Космосу.................................................................................................................................................................................. 43
3.3. Категория субстанции............................................................................................................................................................................. 44
3.4. Мир как число............................................................................................................................................................................................... 45
3.4.1. Пифагорейский союз............................................................................................................................................................................. 45
3.4.2. Математические и естественно-научные достижения пифагореизма................................................................................. 46
3.5. Формирование первых естественно-научных программ........................................................................................................ 47
3.5.1. Великое открытие элеатов................................................................................................................................................................ 48
3.5.2. Атомистическая программа............................................................................................................................................................... 49
3.5.3. Математическая программа.............................................................................................................................................................. 50
3.6. Физика и космология Аристотеля...................................................................................................................................................... 51
3.6.1. Учение Аристотеля о материи и форме......................................................................................................................................... 51
3.6.2. Космология Аристотеля...................................................................................................................................................................... 52
3.6.3. Основные представления аристотелевской механики................................................................................................................ 53
3.7. Естествознание эллинистически-римского периода................................................................................................................ 53
3.7.1. Культура эллинизма.............................................................................................................................................................................. 53
3.7.2. Александрийская математическая школа...................................................................................................................................... 54
3.7.3. Развитие теоретической и прикладной механики....................................................................................................................... 55
3.8. Развитие древнегреческой астрономии........................................................................................................................................... 56
3. 8.1. Становление математической астрономии................................................................................................................................. 56
3.8.2. Геоцентрическая система Птолемея............................................................................................................................................... 58
3.9. Античные воззрения на органический мир.................................................................................................................................... 59
3. 9.1. Античные толкования проблемы происхождения и развития живого................................................................................. 59
3.9. 2. Биологические воззрения Аристотеля............................................................................................................................................ 60
3. 9.3. Накопление рациональных биологических знаний в античности............................................................................................ 62
3.9.4. Античные представления о происхождении человека................................................................................................................ 63
3.10. Упадок античной науки....................................................................................................................................................................... 64
4. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В ЭПОХУ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ............................................................................................................................. 64
4.1. Особенности средневековой духовной культуры...................................................................................................................... 65
4.1.1. Доминирование ценностного над познавательным...................................................................................................................... 65
4. 1.2. Отношение к познанию природы...................................................................................................................................................... 66
4.1.3. Особенности познавательной деятельности................................................................................................................................ 66
4.2. Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры.......................................................................... 68
4.2.1. Математические достижения.......................................................................................................................................................... 69
4.2.2. Физика и астрономия............................................................................................................................................................................ 70
4.3. Становление науки в средневековой Европе................................................................................................................................ 71
4.4. Физические идеи средневековья......................................................................................................................................................... 71
4.5. Алхимия как феномен средневековой культуры......................................................................................................................... 73
4.6. Религиозная трактовка происхождения человека..................................................................................................................... 74
4.7. Историческое значение средневекового познания................................................................................................................... 74
5. ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ........................................................................................................................... 75
5.1. Ренессанская мировоззренческая революция.............................................................................................................................. 75
5.2. Зарождение научной биологии............................................................................................................................................................ 77
5.3. Коперниканская революция.................................................................................................................................................................. 79
5.3.1. Гелиоцентрическая система мира.................................................................................................................................................... 79
5.3.2. Дж. Бруно: мировоззренческие выводы из коперниканизма....................................................................................................... 83
6. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XVII в.: ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ................................................... 84
6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит................................................................. 84
6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики как первой фундаментальной естественно-научной теории....................................................................................................................................................................... 86
6.2.1. Г. Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамики»........................................................................................ 86
6.2.2. Картезианская физика......................................................................................................................................................................... 88
6.2.3. Новые идеи в динамике Солнечной системы.................................................................................................................................. 89
6.3. Ньютонианская революция................................................................................................................................................................... 89
6.3.1. Создание теории тяготения............................................................................................................................................................... 90
6.3.2. Корпускулярная теория света........................................................................................................................................................... 91
6.3.3. Космология Ньютона............................................................................................................................................................................ 92
6.4. Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в......................................................................................................... 92
7. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ XVIII -ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ XIX в............................................................................................................... 93
7.1. Общая характеристика развития физики........................................................................................................................................ 93
7.1.1. Становление основных отраслей классической физики............................................................................................................. 93
7.1.2. Принцип дальнодействия..................................................................................................................................................................... 94
7.1.3. Теория теплорода.................................................................................................................................................................................. 95
7.1.4. Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в....................................................................................................... 95
7.1.5. Физика первой половины XIX в.: общая характеристика.......................................................................................................... 96
7.1.6. Волновая теория света........................................................................................................................................................................ 97
7.1.7. Проблема эфира..................................................................................................................................................................................... 98
7.1.8. Возникновение полевой концепции.................................................................................................................................................... 99
7.1.9. Закон сохранения и превращения энергии..................................................................................................................................... 101
7.1.10. Концепции пространства и времени........................................................................................................................................... 101
7.1.11. Методологические установки классической физики (конец XVII - начало XX вв.).......................................................... 103
7.2. Развитие астрономической картины мира.................................................................................................................................. 104
7.2.1. Создание внегалактической астрономии..................................................................................................................................... 105
7.2.2. Формирование идеи развития природы........................................................................................................................................ 105
7.2.3. Идея развития в астрономии........................................................................................................................................................... 106
7.2.4. Космогония И. Канта.......................................................................................................................................................................... 107
7.2.5. Методологические установки классической астрономии....................................................................................................... 108
7.3. Возникновение и развитие научной химии................................................................................................................................ 110
7.3.1. От алхимии к научной химии............................................................................................................................................................ 110
7. 3.2. Лавуазье: революция в химии.......................................................................................................................................................... 111
7.3.3. Победа атомно-молекулярного учения........................................................................................................................................... 112
7.4. Биология....................................................................................................................................................................................................... 112
7.4.1. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в................................................................................................................ 112
7.4.2. От концепций трансформации видов к идее эволюции............................................................................................................ 114
7.4.3. Ламаркизм.............................................................................................................................................................................................. 115
7.4.4. Катастрофизм..................................................................................................................................................................................... 116
7.4.5. Униформизм. Актуалистический метод....................................................................................................................................... 118
7.4.6. Дарвиновская революция................................................................................................................................................................... 119
7.4.7. Методологические установки классической биологии............................................................................................................. 121
8. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ XIX в.: НА ПУТИ К НОВОЙ НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ...................... 123
8.1. Физика........................................................................................................................................................................................................... 123
8.1.1. Основные черты................................................................................................................................................................................... 123
8.1.2. От возникновения термодинамики к статистической физике: изучение необратимых систем................................. 123
8.1.3. Развитие представлений о пространстве и времени............................................................................................................... 125
8.1.4. Теория электромагнитного поля..................................................................................................................................................... 127
8.1.5. Великие открытия............................................................................................................................................................................... 128
8.1.6. Кризис в физике на рубеже веков.................................................................................................................................................... 129
8.2. Астрономия................................................................................................................................................................................................. 130
8.2.1. Триумф ньютоновской астрономии и... первая брешь в ней.................................................................................................... 130
8.2.2. Формирование астрофизики: проблема внутреннего строения звезд................................................................................. 131
8.3. Биология....................................................................................................................................................................................................... 132
8. 3.1. Утверждение теории эволюции Ч. Дарвина.............................................................................................................................. 132
8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)................................................................................................................ 133
Часть вторая
ПРИРОДА В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА
Современная физическая картина мира
9. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ФИЗИКЕ НАЧАЛА XX в.: ВОЗНИКНОВЕНИЕ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ.................................................................................................................................................................................................................... 135
9.1. Создание специальной теории относительности.................................................................................................................... 135
9.1.1. Фундаментальные противоречия в основаниях классической механики............................................................................. 135
9.1.2. Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности...................................................................................... 138
9.2. Создание и развитие общей теории относительности........................................................................................................... 140
9.2.1. Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации................................................................................................... 140
9.2.2. Экспериментальная проверка общей теории относительности.......................................................................................... 142
9.2 3. Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике............................................................................................ 143
9.3. Возникновение и развитие квантовой физики.......................................................................................................................... 144
9.3.1. Гипотеза квантов................................................................................................................................................................................ 144
9.3.2. Теория атома И. Бора. Принцип соответствия......................................................................................................................... 145
9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики.................................................................................................................... 146
9.3.4. Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности................................................................ 148
9.4. Методологические установки неклассической физики....................................................................................................... 149
10. МИР ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ.......................................................................................................................................................... 150
10.1. Фундаментальные физические взаимодействия................................................................................................................... 150
10.1.1. Гравитация......................................................................................................................................................................................... 151
10.1.2. Электромагнетизм............................................................................................................................................................................ 151
10.1.3. Слабое взаимодействие.................................................................................................................................................................. 152
10.1.4. Сильное взаимодействие................................................................................................................................................................. 153
10.1.5. Проблема единства физики............................................................................................................................................................ 153
10.2. Классификация элементарных частиц....................................................................................................................................... 154
10.2.1. Характеристики субатомных частиц........................................................................................................................................ 154
10.2.2. Лептоны............................................................................................................................................................................................... 155
l0.2.3. Адроны................................................................................................................................................................................................... 156
10.2.4. Частицы - переносчики взаимодействий................................................................................................................................... 156
70.3. Теории элементарных частиц.......................................................................................................................................................... 157
10.3.1. Квантовая электродинамика......................................................................................................................................................... 157
10.3.2. Теория кварков................................................................................................................................................................................... 158
10.3.3. Теория электрослабого взаимодействия................................................................................................................................... 159
10.3.4. Квантовая хромодинамика............................................................................................................................................................. 161
10.3.5. На пути к Великому объединению................................................................................................................................................. 162
Современная астрономическая картина мира
11. ОСОБЕННОСТИ АСТРОНОМИИ XX в................................................................................................................................................ 164
11.1. Изменения способа познания в астрономии ХХ в................................................................................................................. 164
11.2. Новая астрономическая революция............................................................................................................................................. 164
11.3. Солнечная система............................................................................................................................................................................... 165
11.3.1. Планеты и их спутники.................................................................................................................................................................... 165
11.3.2. Строение планет............................................................................................................................................................................... 165
11.3.3. Происхождение планет................................................................................................................................................................... 166
11.3.4. Химический состав вещества во Вселенной.............................................................................................................................. 167
11.4. Звезды.......................................................................................................................................................................................................... 168
11.4.1. Звезда - газовый шар......................................................................................................................................................................... 168
11.4.2. Эволюция звезд: звезды от их «рождения» до «смерти»...................................................................................................... 169
11.5. Острова Вселенной: галактики....................................................................................................................................................... 173
11.5.1. Общее представление о галактиках и их изучении.................................................................................................................. 173
11.5.2. Наша Галактика - звездный дом человечества......................................................................................................................... 175
11.5.3. Межзвездная среда........................................................................................................................................................................... 176
11.5.4. Понятие Метагалактики................................................................................................................................................................ 176
11.6. Вселенная в целом................................................................................................................................................................................ 177
11.6.1. Особенности современной космологии....................................................................................................................................... 177
11.7. Эволюция Вселенной........................................................................................................................................................................... 180
11.7.1. Модель горячей Вселенной.............................................................................................................................................................. 180
11.7.2. Большой Взрыв: инфляционная модель........................................................................................................................................ 181
11.7.3. Первые секунды Вселенной.............................................................................................................................................................. 182
11.7.4. От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик........................................................................................... 183
11.7.5. Образование тяжелых химических элементов......................................................................................................................... 184
11.7.6. Сценарии будущего Вселенной....................................................................................................................................................... 184
11.8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций................................................................................ 185
11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности....................................................... 185
11.8.2. Типы контактов с внеземными цивилизациями........................................................................................................................ 186
11.8.3. Поиски внеземных цивилизаций..................................................................................................................................................... 187
11.9. Методологические остановки «неклассической» астрономии XX в............................................................................ 189
Современная биологическая картина мира
12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ XX в....................................................................................................................................................... 192
12.1. Век генетики............................................................................................................................................................................................. 192
12.1.1. Хромосомная теория наследственности.................................................................................................................................... 192
12.1.2. Создание синтетической теории эволюции.............................................................................................................................. 192
12.1.3. Революция в молекулярной, биологии.......................................................................................................................................... 193
12.1.4. Методологические установки современной биологии............................................................................................................ 194
13. МИР ЖИВОГО................................................................................................................................................................................................. 195
13.1. Особенности живых систем............................................................................................................................................................. 195
13.1.1. Существенные черты живых систем.......................................................................................................................................... 195
13.1.2. Основные уровни организации живого........................................................................................................................................ 196
13.2. Возникновение жизни на Земле..................................................................................................................................................... 200
13.2.1. Развитие представлений о происхождении жизни................................................................................................................ 200
13.2.2. Возникновение жизни........................................................................................................................................................................ 201
13.3. Развитие органического мира......................................................................................................................................................... 205
13.3.1. Основные этапы геологической истории Земли....................................................................................................................... 205
13.3.2. Начальные этапы эволюции жизни.............................................................................................................................................. 205
13.3.3. Образование царства растений и царства животных......................................................................................................... 206
13.3.4. Завоевание суши................................................................................................................................................................................. 208
13.3.5. Основные пути эволюции наземных растений.......................................................................................................................... 208
13.3.6. Пути эволюции животных............................................................................................................................................................. 210
14. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ОБЩЕСТВА (антропосоциогенез)...................................................................... 210
14.1. Естествознание XVII— первой половины XIXв. о происхождении человека........................................................... 211
14.2. Предпосылки антропосоциогенеза............................................................................................................................................... 213
14.2.1. Абиотические предпосылки........................................................................................................................................................... 213
14.2.2. Биологические предпосылки........................................................................................................................................................... 215
14.3. Возникновение труда.......................................................................................................................................................................... 218
14.3.1. «Человек умелый».............................................................................................................................................................................. 218
14.3.2. Развитие древнейшей техники человека.................................................................................................................................... 219
14.4. Становление социальных отношений........................................................................................................................................ 220
14.4.1. Биологические предпосылки социальных отношений............................................................................................................. 220
14.4.2. Возникновение разделения труда.................................................................................................................................................. 221
14.5. Генезис сознания и языка................................................................................................................................................................. 222
14.5.1. Раскрытие тайны происхождения сознания............................................................................................................................ 222
14.5.2. Генезис языка...................................................................................................................................................................................... 224
часть третья
естествознание на пороге XXI в.
15. ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)......................................................................................................................... 225
15.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных.................................................................................. 226
15.2. Характеристики самоорганизующихся систем..................................................................................................................... 226
15.2.1. Открытость....................................................................................................................................................................................... 227
15.2.2. Нелинейность...................................................................................................................................................................................... 228
15.2.3. Диссипативность.............................................................................................................................................................................. 228
15.3. Закономерности самоорганизации.............................................................................................................................................. 228
16. ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ...................................................................................................................................................... 229
17. НА ПУТИ К ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОЙ НАУКЕ XXI в................................................................................................................ 230
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Наука и будущее человечества.................................................................................................................. 231
Естествознание как революционизирующая сила цивилизации............................................................................................. 231
Наука и квазинаучные формы духовной культуры........................................................................................................................ 232
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ........................................................................................................................................................................... 233
ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................................................................................................................... 235
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ.......................................................................................................................................................... 236
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ................................................................................................................................................................................... 244
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ................................................................................................................................... 253
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ....................................................................... 253