Степан Карпенков - Концепции современного естествознания

• Название: Концепции современного естествознания
• Автор: Степан Карпенков
• Жанр: Биология

Учебник написан в соответствии с государственными образовательными стандартами. В нем изложены вопросы естественно-научного познания окружающего мира, фундаментальные концепции, принципы и законы природы, рассмотрены актуальные проблемы современного естествознания, связанные с изучением природных процессов и свойств веществ на молекулярном уровне, отражены естественно-научные аспекты энергетики, экологии и освещены важнейшие достижения естествознания, лежащие в основе современных наукоемких технологий. Предназначен для студентов высших учебных заведений. Может быть интересен и полезен широкому кругу читателей.

---

История развития естествознания. Естествознанию в современном представлении предшествовал длительный период, начавшийся с древних времен, когда постепенно накапливались знания о природе. Мыслители Древней Греции пытались найти материалистическое обоснование мироустройства и разработать рационалистический метод познания природы, устанавливать причинно-следственные связи природных явлений – все это было началом натурфилософии. Всесторонние естественно-научные знания и воззрения сначала входили в единую науку, находившуюся под эгидой философии. Дифференциация наук наметилась в Ионийской школе в VI в. до н.э. Позднее стали формироваться самостоятельные отрасли знания, и одной из первых была основана статика, представляющая собой в наше время один из разделов физики.

Историю развития естествознания можно условно разделить на три основных этапа: доклассический, классический и современный.

Доклассический этап, самый длительный (с VI в. до н.э. до конца XVII в.), начался с натурфилософских концепций, в недрах которых гораздо позднее стали зарождаться разные отрасли естествознания, названные точными науками, или научными отраслями, основные законы и положения которых представлены с помощью математических формул в виде «точного знания». К таким наукам относятся, например, механика, астрономия и др. Важную роль в становлении естественно-научного мировоззрения сыграла геоцентрическая система мира. Почти 15 веков отделяют ее от гелиоцентрической системы мира и закона движения планет. На рубеже XV–XVI вв. были осуществлены первые кругосветные путешествия и сделаны Великие географические открытия; в эпоху Возрождения была оценена длительность процесса развития жизни на Земле по обнаруженным окаменелым останкам вымерших организмов; в XVII в. дано определение химического элемента и описана структура растительной клетки – элементарной ячейки живых организмов.

Классический этап развития естествознания (начало XVIII – конец XIX вв.) начался с открытия фундаментальных законов механики, которые создали реальную базу для количественного описания явлений и свойств объектов природы. Законы классической механики стали широко применяться во многих естественных науках, что привело к ее абсолютизации, в результате чего в конце XVII – начале XVIII вв. сформировалось философское учение – механистический детерминизм.

В XIX в. открыты законы сохранения; заложены основы химической атомистики; предложена атомно-молекулярная теория строения вещества; создана периодическая система химических элементов; мир растений и животных разделен на иерархически соподчиненные таксоны; разработаны геологические карты сначала небольших участков, а затем и крупных территорий нашей планеты; уточнены географические карты. Предложена клеточная теория в биологии, заложены основы микробиологии, генетики, сравнительной анатомии и других отраслей науки о живой природе; сформулированы основные положения эволюции жизни.

Важную роль в развитии естествознания сыграла электромагнитная теория, на основе которой была предсказана, а затем экспериментально подтверждена электромагнитная природа света. Однако новые научные открытия в ряде случаев противоречили существующим научным теориям. Для их объяснения пришлось отказаться от общепринятого классического представления электромагнитной теории и выдвинуть квантовую гипотезу: атомы могут излучать энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами.

Создание квантовой теории и теории относительности, открытие рентгеновского излучения и радиоактивности знаменуют начало современного этапа развития естествознания, хронологически совпадающего с началом XX в. По своему содержанию он соответствует атомному и нуклонному уровням познания материи.

В первой половине XX в. была предложена квантовая модель атома; открыта сверхпроводимость; раскрыты механизмы многих химических реакций; обнаружены цепные реакции (химические и ядерные); изучены многие глубинные процессы в живом организме; сформулирована хромосомная теория наследственности и установлен носитель генетической информации – молекула ДНК; исследовано строение атомного ядра; обнаружено деление ядер урана, что способствовало развитию ядерной физики и атомной энергетики; измерено расстояние до ближайших галактик; установлен закон расширения Вселенной; предложено учение о биосфере и обоснована трансформация ее в ноосферу, решающую роль в которой играет человек; создана наука о полимерах.

Во второй половине XX в. определена структура ДНК и раскрыт генетический код; открыто реликтовое излучение; созданы квантовые генераторы (лазеры и мазеры), полупроводниковые, микроэлектронные приборы и др.; синтезированы высокотемпературные сверхпроводники; с помощью космических аппаратов исследованы различные объекты Вселенной в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах; более глубоко изучено строение земной коры; получила развитие новая область прикладной науки и техники – нанотехнология; в начале XXI в. расшифрован геном человека.

На современном этапе развития естествознания происходит как дифференциация, так и интеграция естественно-научных знаний. Появились такие науки, как биофизика, космическая биология, биогеохимия и др. Это свидетельствует о взаимосвязи и взаимодополняемости естественных наук.

Познавательная роль естествознания. Естественно-научные исследования базируются на двух взаимно дополняющих подходах – эмпирическом и теоретическом. Оба подхода часто переплетаются и завершаются в процессе познания определением естественно-научной истины, которая всегда объективна по содержанию, но субъективна по форме, как результат человеческой деятельности. Основу естественно-научного познания составляют три положения: количественное описание причинно-следственной связи согласно принципу причинности, эксперимент как критерий естественно-научной истины и определение относительности естественно-научной истины.

1.3. Устойчивое развитие и естественно-научное образование

Многообразие окружающего нас мира требует глубокого и комплексного познания фундаментальных концепций, категорий и закономерностей, отражающих свойства материи, пространства и времени, живого мира, а также ценности культуры и нравственности, существенные аспекты природы человека и др. Фундаментальные понятия, законы и принципы отражают явления не только материального, но и социального мира. К сожалению, прошедшее время оставило немало примеров того, как забвение основополагающих истин наносило и наносит невосполнимый ущерб природе, живому миру, самому человеку.

Завершился XX в., явивший мир новую – техногенную – цивилизацию. Человек вышел в космос, проник внутрь атомного ядра, освоил новые виды энергии, создал мощные вычислительные системы, разгадал генетическую природу наследственности, научился в невиданных масштабах использовать богатства природы. Однако гораздо меньше он преуспел в рациональном и бережном отношении к природе и богатейшим ее ресурсам. Более того, именно стремительный и неконтролируемый технологический рост стал главным фактором риска для будущего человечества.

Что же происходит сейчас, в период развития человечества на техногенной основе? По оценкам палеонтологов, за все время эволюции жизни на Земле чередой прошли около 500 млн видов живых организмов. Сейчас их насчитывается примерно 2 млн. Только в результате вырубки лесов суммарные потери составляют 4–6 тыс. видов в год. Это приблизительно в 10 тыс. раз больше естественной скорости их вымирания до появления человека.

Одновременно на нашей планете год от года появляется все больше видов искусственной, преимущественно промышленной продукции, иногда называемых техногенными популяциями. Одна из таких «популяций» – автомобиль. Начиная с 1970 г. мировой автотранспортный парк увеличивается примерно на 16 млн машин в год и к 2020 г. составит более одного миллиарда машин. Ежегодно производятся десятки миллионов других видов машин, множество различных устройств и т. п. Строятся протяжные магистрали, возводятся крупные промышленные предприятия, стремительно растут города. При этом в невиданных масштабах потребляются природные ресурсы и образуется громадное количество промышленных и бытовых отходов, трудно включаемых в кругооборот природы. Все это в совокупности – создаваемая руками человека искусственная среда – техносфера, охватывающая всю биосферу и вытесняющая из нее жизненное пространство.

Новые технологии производства и земледелия не обходятся без гигантского потока химических веществ, вызывающих необратимую трансформацию тончайшего плодородного слоя земной поверхности. Высокими темпами развивается энергетика. Согласно оценке Всемирного энергетического совета, при современном темпе роста потребления энергии, составляющем около 2 % в год, к 2035 г. в сравнении с 1998 г. оно удвоится, а к 2055 г. – утроится. Промышленное производство энергии – одна из причин глобального потепления: растет средняя температура воздуха и в результате повышается уровень Мирового океана на 2–3 мм в год.