Концепции современного естествознания
Социальные функции естественных наук. Естественнонаучная, гуманитарная культуры. Роль естествознания в научно-техническом прогрессе, классификация его методов, их роль в познании. Формы естественнонаучного познания: факт, проблема, идея, гипотеза, теория.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.11.2014 |
| Размер файла | 279,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Слово "закон" многозначно. В юридических науках под законом имеют в виду особые нормы и правила, утвержденные государством и определяющие, что можно и нельзя делать в данном обществе и какие меры наказания применяются к их нарушителям. Говорят также о законах науки и законах объективного мира. Законами науки мы займемся, когда будем рассматривать теорию познания (512), а законы объективного мира следует рассмотреть сейчас.
Законы объективного мира - это устойчивые, необходимые, внутренние связи и взаимодействия между различными явлениями и процессами материального мира. Такие связи имеются как в природе, так и в обществе. Рассмотрим два примера.
Изучая свойства газов, физики заметили, что объем газа изменяется в зависимости от его температуры. Ставя эксперименты с самыми различными газами в разных условиях, они обнаружили, что, чем выше температура, тем больше объем газа, а если газ сжимать, то его температура повышается. Эту зависимость удалось выразить в виде математической формулы, которой теперь широко пользуются в науке и технике. На первый взгляд температура физической системы - газа и его объем никак не связаны. Однако экспериментально удалось доказать, что между ними существует глубокая внутренняя зависимость, устойчивая необходимая связь. Это и есть объективный закон данной физической системы.
В мире существует неограниченное разнообразие самых различных явлений и процессов. Все они подчиняются различным объективным законам и закономерностям. Люди не могут по своему желанию переделать или "отменить" эти законы, но, безусловно, могут познать их, понять, в каких условиях они действуют, и, опираясь на познанные законы, в большей или меньшей степени преобразовать данные условия. Притом люди в состоянии противодействовать одним законам, точнее, их следствиям, опираясь на другие законы. Так, согласно закону всемирного тяготения, летательные аппараты тяжелее воздуха должны были бы упасть на землю, но, опираясь на познанные законы механики и аэродинамики, люди научились не только летать на самолетах, но и запускать космические корабли. Это произошло не потому, что были отменены какие-либо законы, но, напротив, потому, что люди их познали и научились действовать, опираясь на познанные законы и используя их в своих целях. То же самое происходит и с законами природы, и с законами общественной жизни. Опираясь на познание законов развития и функционирования капиталистического общества, передовые общественные силы, группы и классы могут добиться его преобразования в более справедливый общественный строй. Но как именно? И когда это произойдет в каждой отдельной стране? Какими должны быть формы такого преобразования? Это зависит от многих условий, в которых будут совершаться эти преобразования, ибо любая закономерность, включающая в себя момент необходимости, как мы знаем (108), прокладывает себе дорогу через множество случайностей.
Познание законов объективного мира - высшая цель науки, философии марксизма-ленинизма. Сознательная, активная творческая деятельность человека по преобразованию мира может быть успешной лишь при условии, что она опирается на познание его объективных законов. Вот почему учение о материальности мира и об отношении к нему человека неотделимо от учения об объективных законах и закономерном характере происходящих в нем изменений, различных видов движения и развития.
Законы науки составляют ядро любой научной теории. Правильно понять роль и значение закона можно лишь в рамках определенной научной теории или системы, где ясно видна логическая связь между различными законами, их применение в построении дальнейших выводов теории, характер связи с эмпирическими данными. В современной, развитой науке закон выступает как составной элемент научной теории, отображающей с помощью системы понятий, принципов, гипотез и законов более широкий фрагмент действительности, чем отдельный закон. В свою очередь система научных теорий и дисциплин стремится отобразить единство и связь, существующую в реальной картине мира.
Классификация научных законов может производиться по самым различным признакам или, как принято говорить в логике, основаниям деления. Наиболее естественной кажется классификация по тем областям действительности, к которым относятся соответствующие законы. В естествознании такими областями являются отдельные формы движения материи или ряд связанных между собой форм. Так, например, механика исследует законы движения тел под воздействием сил, физика - закономерности молекулярно-кинетических, электромагнитных, внутриатомных и других процессов, которые в совокупности и составляют физическую форму движения материи. Биология занимается изучением специфических законов органической жизни. Биофизика исследует закономерности физических процессов в живых организмах, а биохимия - химические особенности этих процессов. Социальные или гуманитарные науки изучают закономерности тех или иных сторон или явлений развития общества.
Классификация законов по формам движения материи по сути дела совпадает с общей классификацией наук. И хотя она весьма существенна как отправной пункт анализа, но нуждается в дополнении классификациями, выделяющими те или иные гносеологические, методологические и логические особенности и признаки научных законов.
Из других классификаций наиболее важными нам представляются классификации по уровню абстрактности понятий, используемых в законах, и по типу самих законов. Первая из них основана на делении законов на эмпирические и теоретические. Эмпирическими законами принято называть законы, которые подтверждаются наблюдениями или специально поставленными экспериментами. Однако эмпирические законы науки являются гораздо более надежными, чем простые обобщения повседневного опыта. Это объясняется тем, что законы чаще всего устанавливаются с помощью экспериментов и с использованием специальной измерительной техники, благодаря чему обеспечивается значительно большая точность при их формулировке. На развитой стадии науки отдельные эмпирические законы связываются в единую систему в рамках теории, а самое важное - они могут быть логически выведены из более общих теоретических законов.
Динамические и статистические закономерности в природе
В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей, которые подразделяются на динамические и статистические. Динамическими называются закономерности, выражающие однозначные связи физических объектов и описывающие их абсолютно точно посредством определённых физических величин. Например, по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.
В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических закономерностях, не являются достоверными и однозначными. Представления о таких закономерностях впервые ввёл Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввёл в физику понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться, например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого значения. Тем самым однозначно определяется среднее значение физической величины. Такие средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в динамических теориях.
Законы дальнодействия и близкодействия, состояние
Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов был установлен экспериментально. Но оставался нерешенным вопрос, каким образом воздействует один заряд на другой. Происходят ли в пространстве, окружающем электрические заряды, какие-либо изменения или процессы? Кулон считал, что заряды непосредственно через пустоту действуют друг на друга. Перемещение любого из них мгновенно изменяет силу, действующую на соседние заряды, из-за того, что меняются расстояния между ними.
Представления о мгновенной передаче взаимодействия без участия какого-либо промежуточного агента были выдвинуты Ньютоном, который открыл закон всемирного тяготения, не предложив, однако, объяснения его действия. Последовавшие за этим успехи в исследовании Солнечной системы привели к тому, что большинство ученых начали склоняться к мысли, что поиски каких-либо посредников, передающих взаимодействие от одного тела к другому, совсем не нужны. Такие представления лежали в основе теории дальнодействия, мгновенного действия на расстоянии без участия какой-либо среды.
Некоторое время теория дальнодействия была господствующей в физике. Она казалась самой простой и позволяла получать важные результаты, согласующиеся с опытом. Однако с самого начала идея, что тело может непосредственно действовать там, где его нет, очень многим представлялась сомнительной. Вот почему английским ученым Майклом Фарадеем была выдвинута теория близкодействия, противоположная по своей сути теории дальнодействия. Согласно теории близкодействия действие тел друг на друга на расстоянии всегда должно объясняться присутствием некоторых промежуточных агентов, передающих действие. Иногда это может быть незаметным. Тот, кому незнакомы свойства воздуха, может подумать, что автомобильный гудок непосредственно действует на наши уши. В действительности же в воздухе происходит процесс распространения звуковой волны, и звук от автомобиля до нас распространяется в течение определенного интервала времени.
Таким образом, согласно теории действия на расстоянии, одно тело действует на другое непосредственно через пустоту, и это действие передается мгновенно.
Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.
Многие ученые, сторонники теории близкодействия, для объяснения происхождения гравитационных и электрических сил придумывали невидимые истечения, окружавшие планеты и магниты; незримые атмосферы вокруг наэлектризованных тел. Размышления эти были подчас остроумны, но обладали немаловажным недостатком - эксперимент их не подтверждал.
Решительный поворот к представлениям близкодействия был начат великим английским ученым Майклом Фарадеем, а окончательно завершен Максвеллом. Вместе с идеей близкодействия Фарадеем в науку было введено понятие о поле как о посреднике, осуществляющем взаимодействие. Первоначально эта идея выражала лишь уверенность Фарадея в том, что действие одного тела на другое через пустоту невозможно. Доказательств существования поля не было. Такие доказательства и нельзя получить, исследуя лишь взаимодействия неподвижных зарядов. Успех к теории близкодействия пришел после изучения электромагнитных взаимодействий движущихся заряженных частиц. Вначале было доказано существование переменных во времени полей, и только после этого был сделан вывод о реальности электрического поля неподвижных зарядов. Согласно современным представлениям всякий электрический заряд изменяет определенным образом свойства окружающего его пространства - создает электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что каждый помещенный в какую-либо его точку другой "пробный" заряд испытывает действие силы. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Даже в вакууме заряженное тело окружено электрическим полем. По действию поля на заряды не только устанавливается присутствие поля, но и изучается распределение его в пространстве и все его характеристики.
Подобным же образом, рассматривая взаимодействие движущихся электрических зарядов (электрических токов) или постоянных магнитов, мы придем к понятию магнитного поля. Электрические и магнитные поля могут порождать друг друга, и по существу каждое из них есть частный случай единого электромагнитного поля. Электромагнитное поле заключает в себе и переносит определенную энергию, оно обладает массой и импульсом, и, следовательно, представляет собой один из видов материи наряду с веществом, состоящим из атомов. Таким образом, сила, действующая на заряженное тело, является следствием взаимодействия тела с полем в той точке, в которой находится тело. Это взаимодействие передается не мгновенно, а с конечной скоростью. Правда, скорость эта огромна, она равна 300000 км/с.
Состоямние - абстрактный многозначный термин, в общем, обозначающий множество стабильных значений переменных параметров объекта.
Свойства 'состояния': описывает переменные свойства объекта;
стабильно до тех пор, пока над объектом не будет произведено действие;
если над объектом будет произведено некоторое действие, его состояние может измениться.
Принципы относительности, дополнительности, соответствия
Принцип относительности
Сущность принципа относительности состоит в том, что понятие движения относительно. Мы можем говорить о движении тела только по отношению к какому-то другому телу. Не существует понятия "абсолютного" движения. Движение относительно.
В действительности Эйнштейн понял, что принцип относительности означает большее: законы физики, каковы бы они ни были, должны быть абсолютно одинаковы для всех наблюдателей, совершающих равномерное движение.
Принцип дополнительности (дополнительный способ описания, или метод дополнительности) - методологический принцип, выдвинутый Бором в связи с интерпретацией квантовой механики. В обобщенном виде требования принципа дополнительности. как метода научного исследования можно сформулировать так: для воспроизведения целостности явления на определенном, "промежуточном" этапе его познания необходимо применять взаимоисключающие и взаимоограничивающие друг друга, "дополнительные” классы понятий, которые могут использоваться обособленно в зависимости от особых (экспериментальных и др.) условий, но только взятые вместе исчерпывают всю поддающуюся определению и передаче информацию.
Посредством принципа дополнительности. Бор стремился разрешить один из "парадоксов” квантовой механики, которая показала недостаточность старых классических понятий и в то же время на ранних этапах не могла обойтись без них. Д. п. позволил выявить необходимость учета двойственной, корпускулярно-волновой природы микроявлений, связи того или иного их определения с конкретными экспериментальными условиями. С помощью принципа дополнительности устанавливалась эквивалентность (равнозначность) двух классов понятий, описывающих противоречивые ситуации. Таким образом в методологической концепции Бора нашли отражение элементы диалектического мышления. В работах ряда сторонников т. наз. копенгагенской школы П. Иордана, Ф. Франка и др., разделявших крайне позитивистские взгляды, принципа дополнительности. использовался для защиты идеалистических и метафизических воззрений. Необходимость применения "дополнительных” понятий выводилась не из объективной природы микрообъектов и их познания, а из особенностей познавательного процесса, объяснялась лишь спецификой наблюдения. С позиций материалистической диалектики в последние годы успешно осуществляются попытки научной интерпретации принципа дополнительности.
Имея в виду возможность широкого применения принципа дополнительности Бора, позволим себе сформулировать его в такой форме: достаточно полный и тонкий анализ явлений природы возможен лишь при совместном использовании взаимно противоположных понятий, которые при этом не исключают, а взаимно дополняют друг друга, создавая в совокупности целостное описание.
В мире квантовой механики, где всё определяют принцип неопределенности Гейзенберга и уравнение Шрёдингера, картина происходящего кардинально отличается от привычного нам мира классической механики, где действуют законы движения Ньютона. Однако же наш макроскопический мир соткан из микроскопических атомов, и законы макро - и микромира не могут не быть увязаны между собой. Впервые принцип соответствия законов микро - и макромира был озвучен датским физиком-теоретиком Нильсом Бором, и за иллюстрацией для лучшего понимания этого принципа лучше всего обратиться к упрощенной модели атома, которую также впервые представил миру этот же ученый (см. Атом Бора).
В атоме Бора электроны могут находиться только на "разрешенных" орбитах. Орбиты выстраиваются по главным квантовым числам. Ближайшая к ядру орбита имеет главное квантовое число, равное 1, следующая - 2 и т.д. Чем выше квантовое число электронной орбиты, тем дальше она удалена от ядра. По контрасту - в классическом ядре, предсказываемом ньютоновской механикой, электроны могут обращаться вокруг ядра по произвольным орбитам, находящимся от ядра на любом удалении (это, собственно, и могло бы происходить, не принимай мы во внимание квантовые эффекты).
Теперь, хотя физический радиус орбит и увеличивается неуклонно по мере возрастания главного квантового числа, кинетическая энергия электронов на этих орбитах увеличивается отнюдь не пропорционально расширению орбит, а снижающимися темпами, причем имеется верхний предел энергии удержания электронов на орбите вокруг ядра, который принято называть энергией срыва или энергией ионизации. Разогнавшись до такой энергии, электрон, теоретически, оказывается на орбите бесконечного радиуса, то есть, иными словами, превращается в свободный электрон и высвобождается из ионизированного атома. Между этим крайним пределом энергии высвобождения электрона и другим крайним пределом энергии нахождения электрона на первой к ядру орбите имеется счетный (но бесконечный) ряд допустимых дискретных энергетических состояний, в которых может находиться удерживаемый ядром электрон, причем, согласно законам квантовой механики, на достаточно удаленных от ядра расстояниях допустимые орбиты электронов начинают накладываться одна на другую. Происходит это в силу того, что допустимая энергия электрона на определенной орбите (и радиус этой орбиты, как следствие) определяется не точным квантовым числом, а, в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга, размыто - то есть, мы имеем лишь распределение вероятностей нахождения электрона на одной из соседних орбит. Здесь и начинается "стирание различий" между квантово-механической моделью атома, где электрон может находиться лишь в фиксированных энергетических состояниях, поглощать и испускать энергию фиксированными порциями (квантами) и, соответственно, обитать на строго определенных орбитах, и классической моделью атома, где электрон обладает произвольной энергией и движется по произвольным орбитам. Иными словами, на больших удалениях от ядра атом начинает представлять собой классическую систему, подчиняющуюся законам механики Ньютона. Это, пожалуй, самый иллюстративный пример принципа соответствия в действии.
Принцип соответствия вступает в силу на нечеткой границе между квантовой и классической механикой и еще раз демонстрирует нам, что в природе нет явных границ между явлениями, как нет и четкого разграничения между теоретическими описаниями природных явлений. И еще он демонстрирует нам то, о чем уже говорилось во Введении относительно тенденций развития теоретической науки. Квантовая механика, например, отнюдь не отменяет и не подменяет собой классическую механику Ньютона, а лишь представляет собой предельный случай при переходе явлений в масштабы микромира. Вообще, естественнонаучные теории вырастают одна из другой по мере расширения наших ранее накопленных знаний подобно новым свежим побегам на древе познания окружающего мира.
Принципы универсального эволюционизма
Концепция универсального эволюционизма базируется на определенной совокупности знаний, полученных в рамках конкретных научных дисциплин, и вместе с тем включает в свой состав ряд философско-мировоззренческих установок. Она относится к тому слою знания, который принято обозначать понятием "научная картина мира”.
Универсальный (глобальный) эволюционизм характеризуется часто как принцип, обеспечивающий экстраполяцию эволюционных идей, получивших обоснование в биологии, а также в астрономии и геологии, на все сферы действительности и рассмотрение неживой, живой и социальной материи как единого универсального эволюционного процесса.
Это действительно очень важный аспект в понимании глобального эволюционизма. Но он не исчерпывает содержания данного принципа. Важно учесть, что сам эволюционный подход в XX столетии приобрел новые черты, отличающие его от классического эволюционизма XIX века, который описывал скорее феноменологию развития, нежели системные характеристики развивающихся объектов.
Возникновение в 40-50-х годах нашего столетия общей теории систем и становление системного подхода внесло принципиально новое содержание в концепции эволюционизма. Идея системного рассмотрения объектов оказалась весьма эвристической прежде всего в рамках биологической науки, где она привела к разработке проблемы структурных уровней организации живой материи, анализу различного рода связей как в рамках определенной системы, так и между системами разной степени сложности. Системное рассмотрение объекта предполагает прежде всего выявление целостности исследуемой системы, ее взаимосвязей с окружающей средой, анализ в рамках целостной системы свойств составляющих ее элементов и их взаимосвязей между собой. Системный подход, развиваемый в биологии, рассматривает объекты не просто как системы, а как самоорганизующиеся системы, носящие открытый характер. Причем, как отмечает Н.Н. Моисеев, сегодня мы представляем себе процессы эволюции, самоорганизации материи шире, чем во времена Дарвина, и понятия наследственности, изменчивости, отбора приобретают для нас иное, более глубокое содержание.
Универсальный эволюционизм как раз и представляет собой соединение идеи эволюции с идеями системного подхода. В этом отношении универсальный эволюционизм не только распространяет развитие на все сферы бытия (устанавливая универсальную связь между неживой, живой и социальной материей), но преодолевает ограниченность феноменологического описания развития, связывая такое описание с идеями и методами системного анализа.
Универсальный эволюционизм позволяет рассмотреть во взаимосвязи не только живую и социальную материю, но и включить неорганическую материю в целостный контекст развивающегося мира. Он создает основу для рассмотрения человека как объекта космической эволюции, закономерного и естественного этапа в развитии нашей Вселенной, ответственного за состояние мира, в который сам человек погружен.
Принципы универсального эволюционизма становятся доминантой синтеза знаний в современной науке. Это та стержневая идея, которая пронизывает все существующие специальные научные картины мира и является основой построения целостной общенаучной картины мира, центральное место в которой начинает занимать человек.
Как базисные основания современной общенаучной картины мира принципы универсального эволюционизма демонстрируют свою эвристическую ценность именно сейчас, когда наука перешла к изучению нового типа объектов - саморазвивающихся систем (в отличие от простых и саморегулирующихся систем, которые изучались на предшествующих этапах функционирования науки). Включив в орбиту исследования новый тип объектов, наука вынуждена искать и новые основания их анализа. Общенаучная картина мира, базирующаяся на принципах универсального эволюционизма, является важнейшим компонентом таких оснований. Она выступает глобальной исследовательской программой, которая определяет стратегию исследования саморазвивающихся систем. Причем эта стратегия реализуется как на дисциплинарном, так и на междисциплинарном уровнях.
Общенаучная картина мира формирует предварительное видение исследуемого объекта, активно участвуя в постановке проблем, определяя исходную стратегию исследования. Изучение комплексных, уникальных развивающихся объектов возможно только в системе междисциплинарных взаимодействий. В этом случае общенаучная картина мира как глобальная исследовательская программа в состоянии "подсказать”, какие методы и принципы могут быть транслированы из одной науки в другую, как осуществить состыковку знаний, полученных в различных отраслях науки, как включить это знание в культуру на соответствующем этапе функционирования научного знания.
Химические системы, энергетика химических процессов, реакционная способность веществ
Характер любой системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.
В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула, и поэтому, когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества. Сами представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и заканчивая гипотезами, обоснованными с помощью систематических химических экспериментов. Если, например, по мнению известного шведского химика Йенса Берцелиуса (1779-1848), структура молекулы возникает благодаря взаимодействию разноименно заряженных атомов или атомных групп, то французский химик Шарль Жерар (1816-1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер такого представления. В противовес этому он подчеркивал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность, или, как мы сказали бы теперь, система. Однако эти общие и в целом правильные представления не содержали практических указаний, как применить их для синтеза новых химических соединений и получения веществ с заранее заданными свойствами.
Такую попытку раскрытия структуры молекул и синтезирования новых веществ предпринял известный немецкий химик Фридрих Кекуле (1829-1896). Он стал связывать структуру с понятием валентности элемента, или числа единиц его сродства. На этой основе и возникли те структурные формулы, которыми с определенными модификациями пользуются при изучении органической химии в школе. В этих формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это составляет важнейшую задачу химической науки.
Дальнейший шаг в эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического строения Александра Михайловича Бутлерова (1828-1886), который хотя и признавал, что образование новых молекул из атомов происходит за счет их химического сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом. Именно поэтому новые идеи А.М. Бутлерова нашли не только широкое применение в практике химического синтеза, но и получили свое обоснование в квантовой механике.
Этот краткий экскурс в историю химии показывает, что эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой - установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.
Важной компонентой, характеризующей химические процессы, является их энергетика, представляющая собой потенциал взаимодействия элементов системы.
Рассматривая же экономические процессы как аналогию химическим, можно отметить, что "энергетика" экономических процессов реализуется через задействованные в них экономические ресурсы, которые с этих позиций можно рассматривать как характеристики потенциальных качеств и свойств взаимосвязи элементов экономической системы.
Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим, то есть на предбиологической стадии, в настоящее время подтверждается многими данными. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет образования новых и удаления использованных химических реагентов. Однако в отличие от самоорганизации открытых физических систем в данных химических реакциях важное значение приобретают каталитические процессы.
Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. Именно на этом основании некоторые ученые напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Иными словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Здесь, однако, следует помнить, что переход к простейшим формам жизни предполагает также особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалов для образования биологических систем. Такие элементы в химии получили название органогенов.
Сегодня ясно, что в ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп. Есть уже и некоторые выводы:
1. На ранних этапах химической эволюции катализ вовсе отсутствует. Условия высоких температур (более 5000 К), электрических разрядов и радиации, с одной стороны, препятствуют образованию конденсированного состояния, а с другой - с лихвой перекрывают те порции энергии, которые необходимы для преодоления энергетических барьеров.
2. Первые проявления катализа начинаются при смягчении условий и образовании первичных твердых тел.
3. По мере того, как физические условия приближались к земным, роль катализатора возрастала. Но общее значение катализа вплоть до образования более или менее сложных органических молекул все еще не могло быть высоким.
4. Роль катализа химических систем после достижения стартового состояния, то есть известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой.
Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем, в самом общем виде выдвинутая профессором МГУ А.П. Руденко в 1964 г., является общей теорией химической эволюции и биогенеза. Она решает вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции.
Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы. В ходе реакции происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного притока трансформируемой энергии. А так как основным источником энергии является базисная реакция, то максимальные эволюционные преимущества получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Отсюда базисная реакция является не только источником энергии, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.
Тем самым А.П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.
Понятие преджизни и жизни
Круговорот вещества во Вселенной на разных уровнях его организации, как форма движения материи, представляет собой всеобщий закон развития, закон непрерывной эволюции мира. Закон дивергенции - от простого к сложному и вновь к простому, но другого информационного уровня.
Жизнь - одна из саморегулирующихся структурных форм существования материи, закономерно возникшая абиогенным путем при определенных условиях в процессе развития неорганического мира. Структурная саморегуляция жизненных форм способствует предупреждению вырождения материи. Жизненные формы, ассимилируя вещество из окружающего пространства, накапливают информацию
Живые организмы отличаются от неживых систем обменом веществ, раздражимостью, способностью к размножения, росту, развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к различным формам движения, приспобляемостью к среде и т.п.
Живые системы обладают высокой степенью сложности, динамической упорядоченности и иерархичности своей структуры, энергия из окружающей среды используется не только для поддержания, но и для усиления своей упорядоченности. Главное свойство - поддержание своей целостности и воспроизведение себе подобных, согласно вложенной в нее программе.
Концепция возникновения и развития жизни на Земле
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.
Абиогенез - идея о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.
В 1924 г. известный биохимик А.И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и др. органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.
Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем.
Еще Дарвин в 1871 г. писал: "Но если бы сейчас, в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ".
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
Наряду с теорией абиогенного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Так, в 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии.
Панспермия - гипотеза о повсеместном распространении во Вселенной зародышей живых существ. Согласно панспермии, в мировом пространстве рассеяны зародыши жизни (например, споры микроорганизмов), которые движутся под давлением световых лучей, а попадая в сферу притяжения планеты, оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.
Гипотеза А.И. Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами.
Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул.
Генетика и воспроизводство жизни
Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки практических методов селекции, т.е. создания новых пород животных, видов растений, культур микроорганизмов с нужными человеку признаками.
Основными направлениями исследований ученых-генетиков в XX в. стали следующие:
- изучение тех предельно мелких материальных структур - молекул нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетической информации каждого вида животного, единицами наследственности;
- исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации от поколения к поколению;
- изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства организма;
- выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.
Важнейшими задачами, которые решают сегодня ученые-генетики в тесном контакте с практиками-селекционерами, являются выбор оптимальной системы скрещивания и эффективного метода отбора, управление развитием наследственных признаков. В области медицины генетика способствует разработке мероприятий по защите человека от вредного мутагенного воздействия окружающей среды.
Генетика человека - отрасль науки, изучающая законы наследственности и изменчивости человека как индивида, популяции и вида. Здесь применяются специальные методы исследования:
1) изучение культур тканей;
2) статистический сбор материалов о распространении отдельных признаков в различных популяциях;
3) изучение генеалогий отдельных семян;
4) изучение однояйцовых близнецов.
У человека изучен характер наследования свыше 2 тыс. отдельных генов, но это только небольшая доля общего количества имеющихся у него генов. После установление наследственной природы изучаемого признака приступают к генетическому и статистическому анализу родословной. Это позволяет установить, к какому из трех известных типов наследования - аутосомно-доминантному, аутосомно-рецессивному или сцепленному с полом - подчиняется передача исследуемого признака.
Для аутосомно-доминантного типа наследования характерна прямая передача признака от одного родителя ребенку, причем оба пола наследуют этот признак с равной вероятностью. Так наследуется свыше 900 болезней и пороков развития, включая глухоту, короткопалость, шестипалость, врожденные пороки сердца и др. Вероятность наследования дефектного гена - 50%.
При аутосомно-рецессивном типе наследования исследуемый признак может проявляться не в каждом поколении. У здоровых родителей могут родиться дети, больные наследственным заболеванием и т.п. Если оба родителя являются носителем дефектного гена, в среднем один ребенок из четырех может унаследовать два дефектных гена (значит, и болезнь), а двое из четырех могут быть носителями дефектного гена без проявления болезни. Аутосомно-рецессивно наследуется около 800 заболеваний, в том числе альбинизм, различные анемии, многие нарушения обмена веществ и т.д.
Наследование признаков, сцепленных с полом, полностью подчиняется закономерностям распределения у потомков половых хромосом. Составление и анализ родословной является единственным методом определения риска наследственного заболевания.
Генетика человека претерпевает процесс дифференциации на более частные и прикладные науки. Среди них медицинская генетика и медико-генетические консультации. Медицинская генетика помогает своевременно распознавать и лечить не только наследственные болезни, но и многие инфекционные, травматические и профессиональные заболевания, т.к. симптомы и прогноз лечения их во многом зависят от генотипа больных. Медико-генетические консультации помогают уменьшить опасность рождения детей с наследственными болезнями, предостерегают от заключения браков между близкими родственниками и между носителями наследственных болезней.
Выделение и быстрое развитие в XX в. генетики как отрасли биологической науки определяется рядом причин:
- огромной ролью, которую играет генетический материал в существовании живых организмов. Наличие генов, носителей наследственной информации является существенным свойством всего живого;
- изменчивостью генов, их способностью к мутации, перестройкам, что и явилось решающим фактором эволюции, развития всего живого, его огромного разнообразия;
- открытием в конце XIX в. определенных законов, которым подчиняется механизм наследственности, что сделало возможным целенаправленную селекцию растений и животных;
Синтетическая теория эволюции и коэволюции
Экспериментальное изучение факторов и причин, вызывающих приспособительное преобразование популяций, и обобщение их с учетом достижений генетики, экологии, математического моделирования и других наук стали основой синтетической теории эволюции (СТЭ), представляющей современный дарвинизм. СТЭ заменила организмоцентристский подход в понимании единицы эволюции популяционным. Основателями синтетической теории считают генетика Ф. Добжанского, биографа и систематехника Э. Майра, палеонтолога Дж.Г. Симпсона, биологов Дж. Хаксли и Дж.Л. Стеббинса.
Синтетическая теория эволюции - основное достижение биологии ХХ в. Синтез генетики и классического дарвинизма и создание синтетической теории эволюции могут быть отнесены к числу основных достижений биологии XX в.
Синтетическая теория также подчеркивает, что эволюция идет через естественный отбор в направлении повышения приспособленности, а изменения возникают случайно и подвергаются отбору в соответствии с требованиями, предъявляемыми окружающей средой, и что этот процесс происходит постоянно. Однако СТЭ добавила и новые элементы в традиционный дарвинизм.
В результате генетических исследований были идентифицированы детерминанты признаков, на которые воздействует естественный отбор. Ими оказались гены - наследуемые единицы информации, определяющие структуру, развитие и функции живого организма. Основной причиной изменчивости признаков являются мутации - стабильные изменения, случайным образом возникающие в отдельных генах.
Еще одна важная СТЭ принесена в нее из популяционной биологии - это учет изменений в структуре и распределение популяций при образовании новых видов.
Синтетическая теория также включает биологическую концепцию вида, согласно которой основным критерием вида считается на набор внешних признаков, а репродуктивная изоляция (особи разных видов не способны к продуктивному скрещиванию).
Концепция коэволюции возникла в результате критики теории дарвинизма. У истоков ее стоял русский ученый революционер Кропоткин, в основе его взглядов лежали представления о том, что взаимопомощь является более важным фактором эволюции чем борьба. (у Дарвина - ведущее место отводилось борьбе). Концепция номогенеза утверждала, что изменения происходят не беспорядочно и случайно, а по законам форм, в то время как у Дарвина они идут во всех направлениях и случайно. Возникшая концепция коэволюции под влиянием экологических исследований смогла объяснить возникновение полов и другие феномены, такие как эволюция в системе "хищник-жертва", постоянное совершенствование обоих компонентов в ней, эволюция в системе "паразит - хозяин". Коэволюция сравнима с гонкой вооружений, в результате которой экосистемы приобретают большее разнообразие (совершенствуется волк - совершенствуется заяц). Или пример со жгутиковыми, в кишечнике термитов. Они выделяют ферменты, без которых термиты не смогли бы переваривать древесину и расщеплять ее до сахаров. А термит делится с паразитом питательными веществами. Коэволюция объясняет и факты альтруизма у животных: заботу о дитенышах, повиновение вожаков и взаимопомощь в трудных ситуациях. Естественный отбор здесь играет в отличие от Дарвинского скорее не роль "автора", а роль " редактора". Концепция Геи - Земли возникла в 2 последних десятилетиях на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Авторами ее являются. английский химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис. Их теория строится на том, что атмосфера Земли, имеет хим. неравновесность, которая рассматривается как признак жизни. Согласно Гея-гипотизе сохранение длительной химической неравновесности атмосферы обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле, иными словами действует механизм обратной связи. Суть гея-гипотизы: Земля - саморегулирующаяся система, созданная окружающей средой, способной сохранять хим. состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. Эволюция биосферы рассматривается как процесс, выходящий за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека. Жизнь на земле - сеть взаимосвязанных связей, позволяющих планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.
Человек как объект и предмет естественнонаучного познания
Человек тоже естествен: во-первых, по своему происхождению, и, во-вторых, по своей природе, т.е. биологической основе своего существования. Человека можно рассматривать и как физическое тело и как биологическое существо, хотя он не сводится к этому.
В настоящее время в науке утвердилось представление, что человек - биосоциальное существо, соединяющее в себе биологическую и социальную компоненты. С этим можно согласиться, не забывая:
1) что человека можно рассматривать и с физической точки зрения и изучать происходящие в нем химические процессы;
2) что не только человек обладает социальной формой существования, но и многие животные. Более того, с каждым годом этология накапливает все больше данных, свидетельствующих о том, что социальное поведение человека во многом генетически детерминировано.
Еще в античной философии много внимания уделялось определению природы человека. Киники видели ее в естественном образе жизни и ограничении желаний и материальных потребностей; Эпикур - в чувствах, общих у человека и животных; Сенека и стоики - в разуме. В западной философии, особенно в марксизме, на передний план выдвинулось представление о социальной сущности человека.
С точки зрения современной науки более точно разделять биологическую предопределенность существования человека и его родовую (собственно человеческую) сущность. Поисками границ между биологическими и специфически человеческим занимается наука, получившая название социобиологии. Эта наука в применении к изучению человека находится на стыке естественнонаучного и гуманитарного знания.
Подобные документы
Объект и предмет изучения естествознания как научного направления. Три основных уровня организации материи, подходы в познании. Естественнонаучная и гуманитарная культуры, их соотношение. Роль субъективного фактора в социально-гуманитарном познании.
контрольная работа [35,4 K], добавлен 09.04.2015Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Предмет и метод естествознания. Динамика естествознания и тенденции его развития. История естествознания. Структурные уровни организации материи. Макромир. Открытые системы и неклассическая термодинамика.
книга [353,5 K], добавлен 21.03.2009Цель и предмет курса "Концепции современного естествознания", основные термины и понятия. Специфические черты науки, виды культуры. История становления научных знаний. Естественнонаучная картина мира. Внутреннее строение Земли. Законы химии и биологии.
шпаргалка [136,9 K], добавлен 12.02.2011Естественнонаучная и гуманитарная культуры и история естествознания. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Порядок и беспорядок в природе, хаос. Пространство и время, принципы относительности, симметрии, универсального эволюционизма.
курс лекций [545,5 K], добавлен 05.10.2009Сущность процесса естественнонаучного познания. Особые формы (стороны) научного познания: эмпирическая, теоретическая и производственно–техническая. Роль научного эксперимента и математического аппарата исследования в системе современного естествознания.
доклад [21,7 K], добавлен 11.02.2011Предмет изучения и задачи естествознания. Иерархическая последовательность наук по степени возрастания их сложности (лестница Кекуле). Методы естественнонаучного познания. Мифы, религии и искусство как формы отражения окружающей действительности.
презентация [268,4 K], добавлен 20.06.2013Способы построения естественнонаучной теории: зарождение эмпирического научного знания, развитие естествознания в эпоху античности и средневековья. Взаимодействие естественных наук. Вклад естественнонаучной и гуманитарной культур в развитие цивилизации.
контрольная работа [34,6 K], добавлен 26.04.2009Цели и задачи курса "Концепции современного естествознания", место данной дисциплины в системе других наук. Классификация наук, предложенная Ф. Энгельсом. Взаимосвязь физических, химических и биологических знаний. Виды атмосферных процессов в природе.
контрольная работа [28,8 K], добавлен 13.06.2013Рассмотрение стадий исторического развития естествознания. Отказ от созерцательности и наивной реалистичности установок классического естествознания. Усиление математизации современного естествознания, сращивание фундаментальных и прикладных исследований.
реферат [30,2 K], добавлен 11.02.2011Общие, частные и особенные методы естественнонаучного познания и их классификация. Особенности абсолютной и относительной истины. Особые формы (стороны) научного познания: эмпирическая и теоретическая. Типы научного моделирования. Новости научного мира.
контрольная работа [45,9 K], добавлен 23.10.2011
