Естествознание что такое явление
Вещества и явления в окружающем мире
Урок 12. Естествознание 5 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Вещества и явления в окружающем мире»
Мир, который окружает человека, очень разнообразен. Он состоит из тел живой и неживой природы. Изучая строение Земли, вы тоже знакомились с телами ― это куски горных пород и минералов. Растения, животные, человек ― тоже тела.
А изделия состоят из веществ. Железо, стекло, соль, вода, полиэтилен ― это вещества. В настоящее время известно более 7 млн разных веществ, и каждый год люди синтезируют новые, ранее неизвестные.
В природе вещества находятся в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.
Например, вода может находиться в твёрдом, в жидком и газообразном состояниях.
В различных состояниях вещества обладают разными свойствами. Большинство окружающих нас тел состоят из твёрдых веществ. Это дома, машины, инструменты и другие.
Форму твёрдого тела можно изменить, но для этого необходимо приложить усилие. Например, чтобы согнуть гвоздь, нужно приложить довольно большое усилие. Твёрдые тела имеют собственную форму и объём.
В отличие от твёрдых тел жидкости легко меняют свою форму. Например, они принимают форму сосуда, в котором находятся.
Молоко, наполняющее бутылку, имеет форму бутылки. Налитое же в стакан, оно принимает форму стакана. Но, изменяя форму, жидкость сохраняет свой объём.
В обычных условиях только маленькие капельки жидкости имеют свою форму — форму шара. Это, например, капли дождя или капли, на которые разбивается струя жидкости.
Воздух, которым мы дышим, является газообразным веществом, или газом. Поскольку большинство газов бесцветны и прозрачны, то они невидны.
Присутствие воздуха можно почувствовать, например, стоя у движущегося поезда, открытого окна. Его наличие в окружающем пространстве можно ощутить, если в комнате сквозняк, а также доказать с помощью простых опытов.
Например, если стакан перевернуть вверх дном и попытаться опустить его в воду, то вода в стакан не войдёт, поскольку он заполнен воздухом.
Эти и многие другие примеры и опыты подтверждают, что в окружающем пространстве имеется воздух.
Газы легко изменяют свой объём. Например, когда мы сжимаем мячик, то тем самым меняем объём воздуха, наполняющего мяч.
Газ, помещённый в закрытый сосуд, занимает весь его целиком. Нельзя газом заполнить половину бутылки так, как это можно сделать жидкостью. Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём.
Все вещества разделяют на простые и сложные. Для того чтобы ответить на вопрос, чем они отличаются, нужно знать особенности строения вещества.
В настоящее время известно, что все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул и атомов. Они так малы, что увидеть их невооружённым глазом невозможно. Молекулы ― это частицы, состоящие из атомов.
Атомы одного вида называют элементами. В одной молекуле может быть два, три и даже сотни и тысячи атомов.
Изучая строение атомов, учёные установили, что они отличаются друг от друга, то есть в природе существуют разные виды атомов: один вид ― атомы кислорода, другой ― атомы углерода и так далее. Современной науке известно 111 видов атомов (элементов). Соединяясь между собой в различных комбинациях, они образуют то многообразие веществ, которое существует в природе.
Таким образом, если в состав веществ входят атомы одного вида, то такие вещества называют простыми. Это хорошо известные вам металлы (например, железо, медь, золото, серебро) и неметаллы (например, сера, фосфор, кремний, мышьяк и многие другие).
Все вещества являются либо чистыми, либо смесями. Чистые вещества состоят из частиц одного вида, а смеси — из частиц разного вида.
Медь состоит только из атомов меди, а цинк состоит только из атомов цинка. Значит, медь и цинк — это чистые вещества. Следует иметь в виду, что идеально чистых веществ не существует, поскольку ни одно из веществ невозможно полностью очистить от содержащихся в нём примесей.
Например, вода считается практически чистой, если образец жидкости не имеет цвета, вкуса и запаха, замерзает при температуре 0 °С, кипит при температуре +100 °С, имеет плотность 1000 кг/м³ при температуре +4 °С и практически не проводит электрический ток.
В большинстве случаев вещества встречаются в виде смесей. Иногда это хорошо заметно даже невооружённым глазом. Например, глядя на кусочек гранита, можно увидеть, что он состоит из смеси веществ: кварца, слюды и полевого шпата, а вот в однородном на вид молоке только под микроскопом можно различить капельки жира и белки, плавающие в жидкости (воде).
В смеси каждое вещество сохраняет свои свойства. Зная эти свойства, смеси можно разделять на составные части.
Многообразие явлений природы.
Окружающий нас мир постоянно изменяется в результате различных явлений. Например, с повышением температуры происходит испарение воды. Испарение — это явление. Благодаря наличию кислорода в воздухе происходит горение. Горение ― тоже явление.
Гремит гром, сверкает молния. Гром — это звуковое явление в атмосфере, которое сопровождается разрядами молний.
Интересно, что можно определить расстояние, на котором находится гроза от нас. Для этого необходимо взять скорость звука и умножить её на время, которое происходит между ударом грома и вспышкой молнии (как правило, речь идёт о нескольких секундах, например, 5 секунд). В результате мы получим определённую цифру, которая и будет означать удалённость (в метрах). Конечно же, цифра эта будет примерной, поскольку скорость звука может сильно изменяться, например, при повышении или понижении температуры. Кстати, в большинстве случаев человек может слышать гром на расстоянии до 20 км.
Что общего между всеми явлениями и чем они отличаются? Проведём небольшое исследование.
Вы видите, что при нагревании форма тела (кусочка льда) изменилась, однако состав вещества (воды) остался прежним.
При прокаливании медной пластинки образовалось новое вещество ― оксид меди. Проведённые опыты показывают, что в одних случаях происходит образование новых веществ, в других ― нет.
На основании этого признака различают физические и химические явления.
К физическим явлениям относятся распространение запаха в воздухе, свечение раскалённых металлов, прохождение электрического тока по металлической проволоке, растворение сахара в воде, выделение соли из раствора при выпаривании. В этих процессах вещества не изменяют состав и строение.
Физические явления бывают: тепловыми, механическими, световыми, звуковыми, оптическими, электрическими и другими.
Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими вследствие этого изменениями их физического состояния. Так, тела способны нагреваться и охлаждаться.
Некоторые при этом плавятся (как воск свечи при её горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из жидкого в твёрдое состояние (например, вода превращается в лёд).
При нагревании длина и объём тел увеличиваются, а при охлаждении ― уменьшаются. Это явление необходимо учитывать в строительстве и промышленном производстве.
Например, при прокладке железнодорожных путей на стыках рельсов оставляют небольшие промежутки, поэтому при нагревании и удлинении рельса путь не разрушается.
К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел, например: автомобили могут набирать скорость (ускоряться), человек может идти, мяч ― сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг звёзд.
Световые явления связаны с особенностями светового луча.
Например, прямолинейность его распространения объясняет образование теней.
Способность света отражаться от тел, на которые он падает, даёт нам возможность видеть их.
Удивительно красивы световые явления в природе, например радуга. Она образуется в результате разложения света в каплях дождя. Когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.
К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах, поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями, и другие явления, связанные со звуком.
Где быстрее распространяется звук ― в воде или воздухе? Любопытно, что скорость распространения звука в воде почти в четыре раза выше, чем в воздухе. То есть рыбы слышат «быстрее», чем мы.
Что такое эхо? Звуковое эхо — это отражённый звук. Эхо обусловлено тем, что звуковые волны могут отражаться твёрдыми поверхностями.
Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов.
Теперь рассмотрим химические явления.
К химическим явлениям относится, например, образование в зелёных листьях растений крахмала и кислорода из углекислого газа и воды.
По-другому такие явления называют химическими превращениями или химическими реакциями. В результате таких реакций образуются новые вещества, которые отличаются от исходных по ряду признаков.
Некоторые химические реакции протекают очень медленно, и мы их не замечаем, они длятся миллиарды лет. Например, твёрдый камень горных пород ― известняк ― под действием воды и углекислого газа разрушается и превращается в другие вещества. Вода вымывает их ― так в горах образуются пустоты, пещеры.
Другие реакции происходят очень быстро (например, горение). Так, сгорает топливо в газовой горелке. При горении выделяется много тепла и света.
При гниении тоже выделяется тепло, но оно рассеивается в окружающем пространстве. Это тепло мы обычно не замечаем, но учитывать его должны.
Например, неправильно сложенный стог сена, нарушенные условия хранения соломы приводят к развитию процесса гниения. Это может вызвать даже самовозгорание материала.
Итак, сегодня на уроке вы узнали, что такое вещества. Узнали о том, что они могут быть простыми и сложными, представлены в твёрдом, жидом или газообразном состояниях. Могут быть чистыми или в виде смесей.
Также сегодня на уроке вы познакомились с многообразием физических и химических явлений природы.
Естествознание
Что такое естествознание
Естествознание — совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах.
Попытки познать окружающую действительность осуществлялись еще во времена древней Греции. Отличительной особенностью этого периода является отсутствие широкого спектра наук. Не было подразделения на физику, химию, биологию. Эти понятия были включены в единую систему, именуемую естествознанием.
Лишь в начале XIX века А. Ампером была определена иерархия системы этого понятия. Первое место в ней было отведено физике, второе — химии. Позже Ф. А. Кекуле предложил отнести к естествознанию еще и механику с биологией, выдвинув при этом на первый план механику, а биологию, разместив четвертой.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Системные уровни науки имеют второстепенное значение, важна ее суть. Сегодня можно определить данное понятие как учение о живой и неживой природе.
Чем отличается от других направлений
Данному учению не присущи математические вычисления. Все открытия осуществляются здесь через теоретическое и эмпирическое познание, а умозаключения представлены через химические и физические формулы.
Открытия в области естествознания имеют относительный характер. Они далеки от математической точности, при этом являются объективны по содержанию, но, будучи результатом человеческого мышления, они субъективны по своей форме.
Научное познание здесь строится по принципу причинно-следственной связи. Эксперимент является критерием естественно-научной истины. Пределы соответствия определены относительностью.
Характерные черты науки, чем занимается
Главная задача ученых в области естествознания — определить точки соприкосновения всех входящих в состав естествознания наук. Кроме того, важно уметь отличить обыденные или социальные представления о строении мира от научных. На этот счет здесь были определены следующие признаки научных знаний:
Научные знания всегда носят системный характер. Это означает, что их можно рассматривать как самостоятельную единицу и как часть научной системы. Выдвигаемые предположения всегда анализируются с точки зрения критичности мышления. Это является залогом появления достоверности информации. Под критичностью подразумеваются сомнения, на основе которых осуществляется поиск уже имеющихся на этот счет открытий, что влечет за собой сопоставление и анализ.
Наличие имеющихся данных по какому-либо вопросу говорит о общезначимости вопроса, а это в свою очередь становится причиной преемственности поколений. Преемственность строится на прогнозированности результата и его детерминированности. Под детерминированностью подразумевается доказательная база открытия.
Открытиям в области естествознания присуща универсальность и незавершенность, что обусловлено связью более конкретных наук. Одни открытия, например, находят свое продолжение в физике, а другие — в химии. Это становится причиной появления фрагментарности и чувственности. Под фрагментарностью понимается отсутствие целостности изучаемого материала, необходимость его исследования обусловлена эмпирическим восприятием.
Несмотря на это, все естественно-научные открытия обладают внеморальностью и обезличенностью. Это всегда показатель объективности.
Методы исследования, используемые в естествознании и развитие естествознания
Методологическая база естествознания представлена тремя группами:
Ключевое значение имеет в данной сфере доля случая. Случайно был открыт, к примеру, рентген, пенициллин, многие химические элементы и прочие вещества. К тому же развитие естествознания строится на единстве случая и необходимости. Единого подхода или технологии здесь нет. Бытует мнение, что случай способен открыть только все необходимое в хозяйстве. Все необходимое представлено следующей разновидностью:
Все необходимое имеет разную долю значимости, что усиливает или ослабевает на каждом этапе становления общества. При этом необходимость побуждает практику, а практика в свою очередь становится причиной появления открытия.
Подобным образом формируется методологическая база фундаментальных наук. Гуманитарные формируются и развиваются по иному пути.
Концепции современного естествознания
Отношение к естествознанию в современном мире несколько изменилось. С широким развитием физики, химии, биологии, географии как самостоятельных наук концепция современного естествознания получила некое разнообразие. Появилась тесная связь с историей и философией. Это обусловлено обращением к таким выдающимся личностям как Петр Первый, Наполеон. Деятельностью этих деятелей обусловлено развитие науки целой эпохи.
С развитием физики и биологии стало понятно, что, ограничиваясь только открытиями в данных областях, постичь всю сущность бытия невозможно. Это стало причиной обращения к первоистокам, а точнее к библии и литературе.
Таким образом, предметом современного естествознания стало знание. Под ним подразумевается многосторонний, обоснованный практикой результат. Его появление в обязательном порядке должно быть подтверждено логически.
Что такое естествознание
Вы будете перенаправлены на Автор24
Понятие естествознания
Науки разделяются на технические, естественные, гуманитарные и математические. Естествознание занимается изучением естественных наук, которые можно сгруппировать следующим образом:
Таким образом, естествознание – это совокупность наук о природе.
Естествознание является самостоятельной наукой, изучающей природу как единое целое. Таким образом, естествознание позволяет изучить природные явления и любой предмет окружающего мира гораздо более подробно и глубоко, чем одна какая-либо из естественных наук. Этим обусловлено то, что естествознание, так же, как науки об обществе и мышлении, является важнейшей составляющей человеческого знания.
История становления и развития естествознания
Естествознание, так же, как наука и культура, имеет сложную и длительную историю становления.
Историки науки различают четыре стадии развития естествознания:
Первая стадия развития естествознания характеризуется тем, что в этот период происходило накопление прикладной информации о природных явления, а также способах и возможностях использования сил природы. Отсюда данный этап развития получил название натурфилософский, отличительной характеристикой которого является созерцание природы как неразделимого целого.
Со временем, к процессу накопления информации добавляется теоретическое осмысление причин, вызывающих изменения в природе, изучение способностей и особенностей этих изменений. Этот этап развития естествознания является аналитическим. В этот период появляются первые попытки рационального объяснения процессов природы, первые концепции. Также на этом этапе осуществляется анализ природы, выявление причин и следствий, изучение отдельных явлений и предметов. В результате происходит объединение теорий и методик в целостную науку о природе – естествознание.
Готовые работы на аналогичную тему
Синтетическая стадия развития естествознания характеризуется тем, что в этот период происходит воссоздание учеными целостной картины мира на основе уже изученных частей.
Начиная со второй половины 20 века историки науки выделяют новый этап развития естествознания – постнеклассический. Данный этап характеризуется тем, что возникают новые фундаментальные принципы и формы организации, такие как эволюционизм, гуманизм, экологизм, холизм, антропный принцип. Данные принципы направляют современное естествознание не только на поиски истины, они направляют его в первую очередь на полезность для человека и общества. На данном этапе естествознание ставит улучшение среды обитания людей, рост их благосостояния, как материального, так и духовного выше экономической целесообразности.
Следует отметить, что современное естествознание объединяется с производством, техникой и бытом людей, становится одним из важнейших факторов развития цивилизации.
Если ранее естественно-научные исследования носили узкодисциплинарный характер, то естествознание на современном этапе имеет в основном проблемную, междисциплинарную направленность. То есть, на сегодняшний день принципиально важным моментом является использование возможностей разных наук для решения сложных комплексных проблем. Это приводит к объединению естественных, гуманитарных и технических наук. Изменилось и отношение к экспериментам, особенности современного естествознания не позволяют свободно экспериментировать с объектами ввиду опасности их для здоровья и жизни людей. Это объясняется тем, что природные силы, побуждаемые современными техническими возможностями, при неаккуратном их использовании способны привести к тяжелым катастрофам, не только локальным, а также региональным и даже глобальным кризисам.
Предмет и задачи естествознания
В развитии общества и в жизни каждого конкретного человека естествознание играет ключевую роль. Именно естествознание является основой всех видов жизнеобеспечения – и физиологического, и технического, и энергетического. Помимо этого, естествознание является теоретической основой всех технологий, сельского хозяйства и промышленности, а также различных видов производства. Поэтому оно является важнейшим элементом культуры, одним из главных индикаторов уровня развития цивилизации.
Таким образом, характеристики, отмеченные выше, позволяют прийти к выводу о том, что естествознание является подсистемой науки и связано со всеми элементами культуры, такими как религия, философия, этика и др.
В то же время, естествознание является самостоятельной наукой, областью знания, которая обладает собственной структурой, предметом и методами.
Относительно того, что является предметом естествознания существует два широко развитых представления. В первом случае, естествознание – это наука о природе как единой целостности. Во втором случае, естествознание рассматривается как совокупность наук о природе как единой целостности.
Предмет исследования естествознания, как самостоятельной науки, отличается от предмета изучения других частных наук. Специфическим отличием является то, что естествознание исследует одни и те же природные явления с точки зрения сразу нескольких наук, и выявляет общие закономерности. Это единственно возможный способ, позволяющий представить природу как единую систему и выяснить, на чем строится все многообразие предметов и явлений окружающей действительности. Результатом подобных исследований является формулирование основных законов, которые связывают макромиры с мегамирами, Землю с Космосом, физические и химические явления с процессами, жизнью и разумом во Вселенной.
Задачей естествознания является изучение, познание отдельных химических, физических и биологических явлений, играющих ключевую роль в представлении естественно-научной картины мира. Выявление скрытых связи, при помощи которой создается органическое единство этих явлений, является еще одной задачей естествознания.
Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе
В пособии представлены материалы по дисциплине «Естественнонаучная картина мира», разработанные в соответствии с ФГОС. Рассмотрены вопросы интеграции естественных наук, сгруппированные в четыре блока: методы научного познания, вещество и поле, пространство и время, универсальные понятия естествознания. В каждом блоке приведены примеры современных естественнонаучных исследований. Даны задания для самостоятельной работы студентов. Пособие адресовано студентам и преподавателям вузов, а также учащимся старших классов и учителям естествознания. Может быть использовано для самообразования в естественнонаучной области. В формате a4.pdf сохранен издательский макет.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Глава 1. Методы научного познания
1.1. Этапы развития естествознания
Общая характеристика этапов. Слово «естествознание» происходит от слов «естество» (природа») и «знание», то есть дословно означает знание о природе. В настоящее время этот термин употребляется в двух смыслах.
В широком смысле естествознание — это совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах. Такие знания были необходимы человеку всегда: для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке, распознавать опасности, находить способ их избежать, растить детей, находить пропитание для своей семьи и многого другого. В связи с этим потребность в познании и начальные знания о природе появились еще на заре развития человечества, однако долгое время были разрозненными.
В узком смысле естествознание — это комплекс естественных наук (физики, биологии, химии, астрономии и др.), взятых в их взаимосвязи, как единое целое. Каждая из естественных наук представляет собой систему знаний об определенной области действительности: например, биология — о живой природе, астрономия — о космических объектах и т.д. Системные знания, охватывающие широкий круг явлений и опирающиеся на прочные экспериментальные основания, появились сравнительно недавно, начиная примерно с XVII века. Поэтому естествознание как комплекс естественных наук — более узкое понятие, в историческом плане это всего лишь один из этапов развития естествознания в широком смысле. С другой стороны, на этом этапе, который называют научным, ученым удалось экспоненциально расширить представления об окружающем мире, кардинально изменив жизнь каждого человека. При этом разрозненные знания, накопленные ранее, прошли экспериментальную проверку и были включены в общую систему знаний о природе.
В связи с этим в данном параграфе, чтобы отразить исторический контекст, мы рассмотрим этапы развития естествознания в широком смысле. А во всех последующих параграфах сосредоточимся на естествознании как комплексе естественных наук, чтобы дать представление о современной естественнонаучной картине мира. Очевидно, что в рамках одного параграфа нельзя даже конспективно описать историю развития естествознания, которая длится тысячелетия и содержит множество великих имен и открытий. Задача — в другом. Глава называется «Методы научного познания» и важно показать эволюцию этих методов в процессе естественнонаучного познания, а также роль научного метода в становлении современной науки.
Когда зародилось естествознание никто не знает. Дело в том, что для ответа на этот вопрос требуются письменные источники, которых не существовало на заре развития естествознания. Видимо, первые естественнонаучные знания появились тогда же, когда и первые цивилизации. Такие изобретения как обожженный кирпич, гончарный круг, колесо относят ко времени — 3 тысячи лет до н.э., то есть около 5 тысяч лет назад. Две тысячи лет до н.э. люди уже пользовались циркулем и весами, а преодолевать морские просторы им помогали компас, паруса и весла. Эти изобретения несомненно требовали определенных знаний об окружающем мире и творческой мысли для их практических приложений. Но в целом период до VI века до н.э. называют мифологическим и не относят к естествознанию, поскольку природные явления здесь связываются весьма случайным образом. В мифах зачастую неодушевленным предметам приписываются свойства одушевленных (Солнце, Луна, звезды — это люди, которые жили на Земле, потом поднялись на небо и превратились в светила), а природные тела и естественные силы природы обожествляются.
Далее в развитии естествознания выделяют несколько этапов, которые в целом примерно соответствуют историческим периодам: Древний мир — натурфилософский этап развития естествознания (VI в. до н.э. — V в. н.э.); Средневековье — этап застоя в развитии естествознания (V в. — XIV в.) и переходный этап (XIV в. — XVI в.), Новое время и Новейшее время (XVII в. — XXI в.) — научный этап. Схематически эти этапы представлены на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Этапы развития естествознания
Примечательно, что если первые три этапа, предваряющие возникновение естествознания как науки, заняли во времени целых два тысячелетия (а с учетом мифологического этапа намного больше), то самый молодой научный этап, современниками которого мы все являемся, длится всего около 400 лет. При этом подавляющее число открытий, раскрывающих тайны окружающего мира, было сделано именно за это короткое время.
Одна из причин этого — внедрение в практику исследования особого метода познания, получившего название «научный метод». В связи с этим, не углубляясь в историю развития естествознания (это тема для отдельного учебника), сконцентрируем свое внимание на том, какие методы использовали естествоиспытатели на каждом из трех этапов.
Натурфилософский этап. На этом этапе естествознание развивалось как единая область — натурфилософия . Термин происходит от двух латинских слов: «nature» — природа и «philosofhia» — философия. Интересно, что слово «философия» (дословно любовь к мудрости) впервые употребил Пифагор, поскольку, с его точки зрения, звания мудреца достоин только бог, а человек может лишь испытывать влечение к мудрости, то есть быть философом.
Яркие представители этого этапа — философы Древней Греции и Древнего Египта: Фалес Милетский, Пифагор, Демокрит, Архимед, Гиппократ, Птолемей, Аристотель и др.
Начало натурфилософского этапа, как правило, связывают с именем Фалеса Милетского (VI в. до н.э.), который мог предсказывать солнечные затмения, научился вычислять время солнцестояний и равноденствий, определил угловой размер Луны и Солнца (рис. 1.2) и сделал много других открытий. Фактически он первым разработал математический метод изучения небесных тел.
Рис. 1.2. Определение угловых размеров Луны и Солнца
В натурфилософский период начинает формироваться научный стиль мышления, включающий любознательность, стремление к истине, критическое отношение к недоказанным положениям, а также поиск универсальных идей, законов, начал, дающих ключ к пониманию природы. Теоретические основы современного естествознания были заложены именно тогда, а многие термины современного естествознания введены древними греками.
Например, слово «атом» (от гр. неделимый) введено в обиход Демокритом еще в V в. до н.э. Он создал атомистическое учение, предположив, что все окружающие тела состоят из неделимых частиц — атомов, а весь окружающий нас мир можно свести к различным сочетаниям атомов и пустоты. Не правда ли, звучит весьма современно?
Хотя надо учитывать, что сами атомы Демокрит представлял как объекты, которые различаются тремя свойствами: «фигурой», «размером» и «поворотом». Например, «I» отличается от «II» размером, «I» от «III» — фигурой, а «III» от «IV» — поворотом (рис. 1.3). А все многообразие различных тел он объяснял сочетанием этих свойств. Например, тело, состоящее из круглых и небольших по размеру атомов — сладкое, а из гладких, косых и малых по величине — горьким, что, конечно, не соответствует современным представлениям.
Рис. 1.3. Атомы Демокрита
Важнее другое: философ фактически впервые применил метод модельной гипотезы, в ходе которого на основе определенных свойств вещества предлагается модель его внутреннего строения, позволяющая описать новые свойства. Вот как позднее (в I в. до н.э.) образно описывал этот метод Лукреций Кар в своей знаменитой поэме «О природе вещей» (перевод с латинского Ф. Петровского):
«И наконец, на морском берегу, разбивающем волны,
Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет;
Видеть, однако, нельзя как влага на нем оседает,
Да и не видно того, как она исчезает от зноя.
Значит, дробится вода на такие мельчайшие части,
Что недоступны они совершенно для нашего глаза.
Так и кольцо изнутри, что долгое время на пальце
Носится, из году в год становится тоньше и тоньше;
Капля за каплей долбит, упадая, скалу; искривленный
Плуга железный сошник истирается в почве;
И мостовую дорог, мощеную камнями, видим
Стертой ногами толпы; и правые руки у статуй
Бронзовых возле ворот городских постепенно худеют
От припадания к ним проходящего мимо народа.
Нам очевидно, что вещь от стиранья становится меньше,
Но отделение тел, из нее каждый миг уходящих,
Нашим глазам усмотреть запретила природа ревниво».
Родоначальником натурфилософии считают древнегреческого философа Аристотеля (рис. 1.4). Он известен как воспитатель Александра Македонского и основатель философской школы — Ликея (или Лицея). Аристотель разработал учение, охватывающее самые разнообразные аспекты природных явлений и жизни общества и суммирующее все современные ему знания о мире. В основе этого учения, которое господствовало почти две тысячи лет, предложенный Аристотелем метод рассуждений, которому он обучал своих учеников — формальная логика.
Свои идеи Аристотель изложил в труде, который назвал «Органон», поскольку считал, что логика является органоном (инструментом) мышления. Формальная логика включает ряд законов, следуя которым можно получать верные умозаключения. Термин «формальная» означает, что логические рассуждения изучаются в отрыве от их наполнения конкретным содержанием. Ключевое понятие в ней — силлогизм (от гр. умозаключение). Это вид рассуждений, в котором из двух суждений-посылок, вытекает третье суждение — вывод. При этом посылки связаны общим «средним термином». Аристотель сформулировал основной принцип силлогизма: «Когда одно сказывается о другом, как о подлежащем, то всё, что говориться о сказуемом будет говориться и о подлежащем». Классический пример: «Все люди смертны. Сократ — человек. Сократ смертен». В нем «средним термином» является понятие «человек». Оно позволяет связать воедино две посылки и вывести заключение о смертности Сократа.
Рис. 1.4. Аристотель (384-322 гг. до н.э.)
Формальная логика в преобразованном и расширенном виде (ее называют символическая или математическая логика) активно используется и в современной науке. Однако одно из заблуждений Аристотеля послужило существенным тормозом в дальнейшем развитии естествознания на протяжении почти двух тысяч лет, когда господствовало его учение. Он считал, что в исследовании природы истинное знание можно получить умозрительным методом.
Кратко суть этого метода можно выразить формулой: «Наблюдение плюс формальная логика равно достоверный вывод». Сам метод имел огромное значение для формирования натурфилософской картины мира. Однако в нем не было очень важного и привычного нам сегодня элемента — эксперимента. Результатом применения этого метода стали такие естественнонаучные заблуждения как «Движимое движется» и «Тяжелые тела падают быстрее легких». Прошло более полутора тысяч лет, прежде чем они были опровергнуты Г. Галилеем и И. Ньютоном.
Этап застоя в развитии естествознания. Этот этап приходится на Средние века, с которыми ассоциируются главенство религии и костры инквизиции. Естествознание сосредоточилось в лабораториях алхимиков и астрологов. Заметим, что на тот момент это не были лженауки, с их помощью было сделано немало открытий. Европейскую науку того времени называют «схоластика» (от греческого — школьный) — наука, в которой никакая мысль не может быть принята, если она не подкреплена ссылками на авторитеты (прежде всего богословские авторитеты). Это, конечно, тормозило развитие научного знания. Отсюда и название — этап застоя, хотя оно условно и применимо, в первую очередь к европейской науке в период раннего и среднего средневековья.
Научное лидерство из Европы переместилось на Ближний и Средний Восток. В VII—X вв. было создано и процветало единое арабское государство — Арабский халифат. Ученые в этом государстве имели высокий статус. Согласно Корану, чернила ученого также драгоценны, как и кровь мученика, павшего за веру. Но при этом, если науки говорят о том, что есть в Коране, то они излишни, а если о том, чего нет, то они вредны. Поэтому развивалось в основном прикладное знание.
Так, естествоиспытатель аль-Бируни (X в.) измерил плотности различных веществ с помощью изготовленного им прибора и подробно описал свойства более 50 минералов, руд, металлов, сплавов. 45 сочинений он посвятил астрономии. Аль-Бируни рассмотрел гипотезу о движении Земли вокруг Солнца, объяснил фазы Луны (рис. 1.5). В ходе астрономических наблюдений он установил угол наклона эклиптики к экватору, рассчитал радиус Земли, описал изменение окраски Луны при лунных затмениях и солнечную корону при солнечных затмениях.
Рис. 1.5. Иллюстрация из книги аль-Бируни (различные фазы Луны)
Больших успехов достигла медицина того времени. Огромный вклад в развитие средневековой медицины внес Авиценна (X — XI в.). В 5-томном труде «Канон врачебной науки» собраны сведения по фармакологии, дано подробное описание анатомии человека, установлены характерные признаки многих болезней.
Переходный этап. В конце средних веков (эпоха Возрождения) в европейской науке было сделано много величайших открытий, изменивших картину мира того времени: в частности, установлено, что Земля — шар, и что она не является центром Вселенной (гелиоцентрическая система Коперника). Великие географические открытия (путешествия Х. Колумба, Васко де Гамы, Ф. Магеллана и др.) позволили определить очертания большей части суши.
Леонардо да Винчи (XV — XVI в.) — гений эпохи Возрождения и величайший из инженеров, которых знала история. Во многих областях естествознания — гидравлике, оптике, анатомии, ботанике и др., — он опередил свое время. Им разработаны чертежи и описания аппаратов, которые стали реальностью только в XX веке — прообразы вертолета, дельтаплана, водолазного костюма, парашюта и др. (рис. 1.6). Научные прорывы Леонардо да Винчи связаны с отказом от умозрительного метода. Он прекрасно понимал роль эксперимента в исследовании природы, писал о том, что «знание — дочь опыта», что «нужно ограничивать рассуждения опытом».
Однако в массовом сознании традиционные донаучные представления сохранялись, несмотря на серьезные достижения в естествознании. Церковь успешно противостояла новым идеям, используя средневековое средство — инквизицию.
Рис. 1.6. Прообраз парашюта на рисунке Леонардо де Винчи
Умозрительный метод интуитивно применялся людьми и в обыденной жизни. Сегодня сложно в это поверить, но даже сравнительно недавно, в XV веке, жители Флоренции считали, что у мужчин и женщин разное число ребер. Действительно, умозрительный метод приводит к однозначному выводу: «Поскольку Ева сотворена из ребра Адама, то, однозначно можно утверждать, что у мужчин на одно ребро меньше, чем у женщин».
Научный этап. Рождение естествознания как науки относят к началу XVII века. С открытия законов классической механики (Г. Галилей, И. Ньютон) и законов движения планет (Тихо Браге, И. Кеплер), с изобретения приборов, позволяющих проникнуть в тайны микро — и мега — мира (микроскоп, телескоп) начинается новый этап развития естествознания, который принято называть научным. Для него характерно деление естествознания на отдельные науки (физика, химия, биология, астрономия, география) и бурное развитие этих наук. В это время утверждает свои позиции новая цель познания природы — не просто «наука ради науки», как в античности, а наука как средство преобразования действительности. Эта цель кратко сформулирована в афоризме Р. Декарта: «Знание — сила».
Перечисление имен и открытий ученых, работавших на этом этапе, составило бы целую энциклопедию. Практически все, что вы изучали в школе и изучаете в вузе по естественнонаучным предметам, относится именно к этому этапу. Назовем лишь некоторые события и имена ученых (рис. 1.7), которые являются знаковыми для различных областей естествознания.
Астрономия: 1543 г. — создание Н. Коперником гелиоцентрической системы мира, согласно которой Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого вращается Земля и другие планеты. Заметим, что по дате — это событие переходного этапа, но по своему значению, оно несомненно относится к научному, поскольку положило начало первой научной революции.
Физика: 1687 г. — выход книги И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», которая заложила основы классической механики и всей физики как науки.
Биология: 1859 г. — публикация труда Ч. Дарвина «Происхождение видов», который положил начало эволюционной биологии и эволюционной концепции всего естествознания в целом.
Химия: 1869 г. — открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона и создание Периодической таблицы химических элементов.
Рис. 1.7. Великие ученые нового времени
Научный этап развития естествознания — очень короткий: всего одна секунда по шкале Карла Сагана (на этой шкале 1 год соответствует времени жизни Вселенной от Большого взрыва до наших дней). Но при этом надо понимать, что любые достижения цивилизации: тепло и свет в наших домах, автомобили, поезда, самолеты, компьютеры, мобильные телефоны, средства лечения страшных болезней и многое-многое другое, — результат деятельности огромной когорты естествоиспытателей, как всемирно известных, так и рядовых, которые неустанно работают во благо науки.
Что же обусловило такой качественный скачок в познании природы после двух тысячелетий сравнительно плавного развития событий? Ключевой момент, ознаменовавший научный этап развития естествознания, — разработка и широкое проникновение в практику исследования природы особого метода исследования — научного метода. Он пришел на смену умозрительному методу, предложенному еще Аристотелем. Родоначальники научного метода — ученые-естествоиспытатели XVII века: Ф. Бэкон, Р. Декарт, Г. Галилей. Именно научный метод позволил преодолеть такие веками существовавшие заблуждения как «движимое движется», «тяжелые тела падают быстрее легких» и многие другие, и стал тем компасом, который указывает направление поиска ученым всего мира во всех областях естествознания. Описанию этого метода посвящены следующие параграфы данной главы.
1.2. Классификация методов научного познания
Термин «методы научного познания». Слово «метод» происходит от древнегреческого «μέθοδος» — путь познания, исследования, и означает последовательность действий, направленную на достижение определенной цели. Методами научного познания