Заняття "Природничо-наукова картина світу".

Природничо-наукова картина світу

План

1. Поняття картини світу

2. Глобальний еволюціонізм 

3. Синергетика - теорія самоорганізації 

4. Загальні контури сучасної природничо-наукової картини світу

1. Поняття картини світу

Словосполучення "наукова картина світу" має на увазі певну аналогію між сукупністю опису реального світу наукових абстракцій і величезного живописного полотна, на якому художник компактно розмістив усі предмети світу. Безумовно, дана аналогія, як і всі інші, досить приблизно відображає суть справи, але в цілому вона вдала. А вдалі аналогії володіють дивовижною властивістю - їх можна розгорнути далі, докладніше. При цьому схожість з об'єктом аналогії збережеться!Спробуємо виконати таку операцію з "картинами світу". Живописні полотна мають один істотний недолік - ступінь схожості з зображуваним об'єктом часом буває далека від бажаної. У прагненні домогтися максимально точного зображення людство винайшло фотографію. Точність підвищилася, але помітне незручність стала завдавати статичність, млявість. Людство подумало і винайшло кінематограф - зображувані об'єкти ожили, зарухалися, можливість адекватного відтворення реальності збільшилися. Цікаво, але послідовно змінювали один одного наукові картини світу (антична, ньютонівська і сучасна) зазнали схожі перетворення. Античний вчений світ малював свою "картину" з великою часткою фантазії і вигадки, але подібність з зображуваним було мінімальним. Ньютонівська картина світу стала суші, суворіше і у багато разів точніше (отака чорно-біла фотографія, місцями, правда, неясна). Нинішня наукова картина світу "оживила" нерухому досі Всесвіт, виявила в кожному її фрагменті еволюцію. Опис історії Всесвіту з усім її вмістом зажадало вже не фотографії, а кінострічки, кожен кадр якої відповідав би певному етапу її розвитку. У цьому й полягає головна принципова особливість сучасної природничо-наукової картини світу - принцип глобального еволюціонізму.

2. Глобальний еволюціонізм

Поява принципу глобального еволюціонізму означає, що в сучасному природознавстві утвердилось переконання в тому, що матерія, Всесвіт в цілому і у всіх її елементах не можуть існувати поза розвитку. Це принципово новий для природознавства погляд на речі, хоча сама ідея еволюції зародилася у XIX ст. Найбільш сильно вона прозвучала у вченні Ч. Дарвіна про походження видів.

Еволюційне вчення справило сильний вплив на уми сучасників Ч. Дарвіна. Однак перебратися через прірву, що відділяла науки про живу від наук про неорганічний мир, у XIX ст. так і не змогли, обмежившись рослинним і тваринним світом. Класичні фундаментальні науки, насамперед фізика і астрономія, що складали основу ньютонівської картини світу, залишалися осторонь від еволюційного вчення. Всесвіт у цілому представлялася рівноважної і незмінною. А оскільки час її існування нескінченно, то цілком вірогідна поява в результаті випадкових локальних збурень спостережуваних нерівноважних утворень з помітною організацією структур (галактик, планетних систем тощо). Протиприродним явищем, або артефактом (лат. Arte - штучно + factus. - Зроблений), виглядало і появу життя на нашій планеті. Вважалося, що такого роду «відхилення» в існуванні Всесвіту - явища тимчасові, з рештою космосом не пов'язані.

У ХХ столітті все радикально змінилося. Перша велика дірка у антиеволюційному настрої класичної фізики була пробита на початку 20-х рр.. в результаті відкриття розширення Всесвіту, або її нестаціонарності. Але якщо Всесвіт розширюється і галактики як би відсуваються один від одного, то природно, виникає питання: а які ж сили повідомляють їм початкову швидкість і дають необхідну енергію. Сучасне природознавство вважає, що воно може відповісти на це питання теорією Великого вибуху. При цьому зародження Всесвіту виводиться з її якогось вихідного стану з наступною еволюцією, що привела в кінцевому рахунку до нині спостерігається виглядом. Ця теорія більш-менш міцно утвердилася у природознавстві у 70-і рр.. (Однак ідея була запропонована ще в 40-і рр.). Радикальне оновлення уявлень про пристрій світобудови полягає в наступному. Всесвіт нестаціонарна, вона мала початок в часі, отже, історична, тобто еволюціонує в часі. І цю еволюцію протяжністю в 20 млрд років, в принципі, можна реконструювати! Таким чином, ідея еволюції заволоділа фізикою, хімією, космологією.

У XX ст. еволюційне вчення інтенсивно розвивалося і в рамках його прародительки - біології. Найбільш видатні успіхи досягнуті на молекулярно-генетичному рівні: розшифровано генетичний механізм передачі успадковане інформації, з'ясовано роль і структура ДНК і РНК, знайдені методи визначення послідовностей нуклеотидів у них тощо

Ідея еволюції проникла і в інші галузі природознавства. У геології, наприклад, остаточно утвердилася концепція дрейфу континентів. А екологія, біогеохімія, антропологія були «еволюційно» спочатку. Таким чином, сучасне природознавство вправі сформулювати гасло: «Все існуюче є результат еволюції!» Вкоріненість в нинішній науковій картині світу уявлення про загальний характер еволюції є її головною відмінною рисою. Але якщо в біології концепція еволюції має давні стійкі традиції, то фізика і хімія, як вже було сказано, до неї тільки звикають. Полегшити цей процес покликане нове міждисциплінарний науковий напрям, що з'явилося в 70-х рр.., - Синергетика.Вона претендує на опис рушійних сил еволюції будь-яких об'єктів нашого світу.

3. Синергетика - теорія самоорганізації

Поява синергетики в сучасному природознавстві ініційовано, мабуть, підготовкою глобального еволюційного синтезу всіх природничих дисциплін. Цю тенденцію в чималому ступені стримувало така обставина, як разюча асиметрія процесів деградації та розвитку в живій і неживій природі.

У класичній науці XIX ст. панувало переконання, що матерії початку властива тенденція до руйнування будь-якої впорядкованості, прагнення до вихідного рівноваги (в енергетичному сенсі це й означало невпорядкованість або хаос). Такий погляд на речі сформувався під впливом рівноважної термодинаміки. Знамените другий початок (закон) термодинаміки у формулюванні німецького фізика Р. Клаузіуса звучить так: "Теплота не переходить мимовільно від холодного тіла до більш гарячого". Закон збереження і перетворення енергії (перший початок термодинаміки), в принципі, не забороняє такого переходу, аби кількість енергії зберігалося в колишньому обсязі. Але в реальності це ніколи не відбувається. Дану однобічність, односпрямованість перерозподілу енергії в замкнутих системах і підкреслює другий початок термодинаміки. Для відображення цього процесу в термодинаміку було введено нове поняття - "ентропія". Під ентропією стали розуміти міру безладу системи. Більш точне формулювання другого початку термодинаміки прийняла такий вигляд: при мимовільних процесах в системах, що мають постійну енергію, ентропія завжди зростає. Фізичний сенс зростання ентропії зводиться до того, що складається з певної кількості частинок ізольована (з постійною енергією) система прагне перейти в стан з найменшою впорядкованістю руху частинок.Це і є найбільш просте стан системи, або термодинамічна рівновага, при якому рух частинок хаотично. Максимальна ентропія означає повне термодинамічна рівновага, що еквівалентно хаосу.

Матерія здатна здійснювати роботу і проти термодинамічної рівноваги, самоорганізовуватися і самоусложняться. Постулат про здатність матерії до саморозвитку в філософію був введений досить давно. А ось його необхідність у фундаментальних природничих науках (фізиці, хімії) почали усвідомлювати тільки зараз. На цій хвилі й виникла синергетика - теорія самоорганізації. Її розробка почалася кілька десятиліть тому. В даний час вона розвивається за кількома напрямками: синергетика (Г. Хакен), нерівноважна термодинаміка (І. Р. Пригожий) та ін Загальний зміст комплексу синергетичних (термін Г. Хакена) ідей, які розвивають ці напрямки, полягає в наступному:

• процеси руйнування і творення, деградації і еволюції у Всесвіті рівноправні;

• процеси творення (наростання складності і впорядкованості) мають єдиний алгоритм, незалежно від природи систем, в яких вони здійснюються.

Таким чином, синергетика претендує на відкриття якогось універсального механізму, за допомогою якого здійснюється самоорганізація як в живій, так і неживої природи. Під самоорганізацією при цьому розуміється спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш складних і упорядкованих форм організації до більш складних і впорядкованим. Звідси випливає, що об'єктом синергетики можуть бути аж ніяк не будь-які системи, а тільки ті, які відповідають як мінімум двом умовам. Перш за все, вони повинні бути: відкритими, тобто обмінюватися речовиною або енергією з зовнішнім середовищем; і істотно нерівновагими, або знаходитися в стані, далекому від термодинамічної рівноваги.

Але саме такими є більшість відомих нам систем. Ізольовані системи класичної термодинаміки - це певна ідеалізація, в реальності вони - виняток, а не правило. Складніше йде справа зі Всесвіту в цілому. Якщо вважати Всесвіт відкритою системою, то, що може служити її зовнішнім середовищем? Сучасна фізика вважає, що для речовій Всесвіту таким середовищем є вакуум. Отже, синергетика стверджує, що розвиток відкритих і сильно нерівноважних систем протікає шляхом наростаючої складності та впорядкованості. У циклі розвитку такої системи спостерігаються дві фази:

1) період плавного еволюційного розвитку, з добре передбаченими лінійними змінами, підводять в підсумку систему до деякого нестійкого критичного стану;

2) вихід з критичного стану одномоментно, стрибком і перехід в новий стійкий стан з більшою ступенем складності і впорядкованості.

Самий популярний і наочний приклад утворення структур наростаючої складності - добре вивчене в гідродинаміці явище, назване осередками Бенара. Під час підігрівання рідини, що знаходиться у посудині круглої або прямокутної форми, між нижньою і верхньою її шарами виникає деяка різниця (градієнт) температур. Якщо градієнт малий, то перенесення тепла відбувається на мікроскопічному рівні і ніякого макроскопічного руху не відбувається. Однак при досягненні градієнтом деякого критичного значення в рідині раптово (стрибком) виникає макроскопічне рух, який утворює чітко виражені структури у вигляді циліндричних осередків. Зверху така макроупорядоченность виглядає як стійка чарункова структура, схожа на бджолині стільники. Це добре знайоме всім явище з позицій статистичної механіки неймовірно. Адже вона свідчить, що в момент утворення осередків Бенара мільярди молекул рідини, як за командою, починають вести себе скоординовано, узгоджено, хоча до цього перебували в хаотичному русі. Створюється враження, ніби кожна молекула "знає", що роблять всі інші, і бажає рухатися в загальному строю. (Слово "синергетика", до речі, як раз і означає "спільна дія"). Класичні статистичнізакони тут явно не працюють, це явище іншого порядку. Адже якби, навіть випадково, така "правильна" і стійко "кооперативна" структура утворилася, що майже неймовірно, вона тут же би і розпалася. Але вона не розпадається при відповідних умовах (приплив енергії ззовні), а, навпаки, стійко зберігається. Значить, виникнення структур наростаючої складності - не випадковість, а закономірність. Пошук аналогічних процесів самоорганізації в інших класах відкритих нерівноважних систем начебто обіцяє бути успішним: механізм дії лазера; зростання кристалів; хімічні годинник (реакція Бєлоусова-Жаботинського); формування живого організму; динаміка популяцій. Все це приклади самоорганізації систем самої різної природи. Синергетична інтерпретація такого роду явищ відкриває нові можливості та напрямки їх вивчення. В узагальненому вигляді новизну синергетичного підходу можна виразити такими позиціями.

• Хаос не тільки руйнівний, але і творцем, конструктивний; розвиток здійснюється через нестійкість (хаотичність).

• Лінійний характер еволюції складних систем, до якого звикла класична наука, не правило, а, швидше, виняток; розвиток більшості таких систем носить нелінійний характер. А це означає, що для складних систем завжди існує декілька можливих шляхів еволюції.

• Розвиток здійснюється через випадковий вибір однієї з кількох дозволених можливостей подальшої еволюції в точці біфуркації.Отже, випадковість - не прикре непорозуміння; вона вбудована в механізм еволюції. А нинішній шлях еволюції системи, можливо, не краще, ніж ті, які були відкинуті випадковим вибором.

Синергетика - родом з фізичних дисциплін, зокрема, з термодинаміки. Але її ідеї носять міждисциплінарний характер. Вони підводять базу під совершающийся в природознавстві глобальний еволюційний синтез. Тому в синергетики бачать одну з найважливіших складових сучасної наукової картини світу.

4. Загальні контури сучасної природничо-наукової картини світу

Світ, в якому ми живемо, складається з різномасштабних відкритих систем, розвиток яких підпорядковується загальним закономірностям. При цьому він має свою довгу історію, в загальних рисах відому сучасній науці. Наведемо хронологію найбільш важливих подій ¹

20 млрд. років тому - Великий вибух.

3 хвилини по тому - утворення речової основи Всесвіту (фотони, нейтрино і антинейтрино з домішкою ядер водню, гелію та електронів).

Через кілька сотень тисяч років - поява атомів (легких елементів).

19-17 млрд. років тому утворення різномасштабних структур (галактик).

15 млрд. років тому - поява зірок першого покоління, утворення атомів важких елементів.

5 млрд. років тому - народження Сонця.

4,6 млрд. років тому - утворення Землі.

3,8 млрд. років тому - зародження життя.

450 млн. років тому - поява рослин.

150 млн. років тому - поява ссавців.

2 млн. років тому - початок антропогенезу.

Підкреслимо, що сучасній науці відомі не тільки "дати", але багато в чому й самі механізми еволюції Всесвіту від Великого вибуху до наших днів. Найбільш великі відкриття таємниць історії Всесвіту здійснені у другій половині ХХ століття: запропонована і обгрунтована концепція Великого вибуху, встановлені типи фундаментальних взаємодій, побудовані перші теорії їх об'єднання і т.д. Ми звертаємо увагу в першу чергу на успіхи фізики і космології тому, що саме ці фундаментальні науки формують загальні контури наукової картини світу. Картина світу, змальована сучасним природознавством, надзвичайно складна і проста одночасно. Складна тому, що здатна поставити в глухий кут людину, яка звикла до узгоджених зі здоровим глуздом класичних наукових уявлень. Ідеї: ​​

• початку часу;
• корпускулярно-хвильового дуалізму квантових об'єктів;
• внутрішньої структури вакууму, здатної народжувати віртуальні частинки,

та інші подібні новації надають нинішньої картині світу трошки "божевільний" вигляд. Але в той же час ця картина велично проста, струнка і десь навіть елегантна. Ці якості їй надають в основному вже розглянуті нами провідні принципи побудови та організації сучасного наукового знання: системність, глобальний еволюціонізм, самоорганізація, історичність.

Дані принципи побудови наукової картини світу в цілому відповідають фундаментальним закономірностям існування і розвитку самої Природи. Системність означає відтворення наукою того факту, що Всесвіт постає як найважливіша з відомих нам систем, що складається з величезної кількості елементів (підсистем) різного рівня складності та впорядкованості. Під системою звичайно розуміють якесь впорядкована множина взаємопов'язаних елементів. Ефект системності виявляється в появі у цілісної системи нових властивостей, які виникають в результаті взаємодії елементів (атоми водню і кисню, наприклад, об'єднані в молекулу води, радикально змінюють свої властивості). Іншою важливою характеристикою системної організації є ієрархічність, субординація - послідовне включення систем нижніх рівнів у системи більш високих рівнів. Системний спосіб об'єднання елементів висловлює їх принципову єдність: завдяки ієрархічним включення систем різних рівнів один в одного кожен елемент будь-якої системи виявляється пов'язаним з усіма елементами всіх можливих систем. (Наприклад: людина - біосфера - планета Земля - Сонячна система - Галактика і т. д.) Саме такий принципово єдиний характер демонструє нам навколишній світ. Подібним чином організуються і наукова картина світу, і що дає її природознавство. Всі його частини нині найтіснішим чином взаємопов'язані - зараз вже немає практично жодної "чистої" науки. Всі пронизане і перетворено фізикою і хімією. Глобальний еволюціонізм - це визнання неможливості існування Всесвіту і всіх породжуваних нею менш масштабних систем поза розвитку, еволюції. Еволюціонує характер Всесвіту, крім того, свідчить про принципову єдність світу, кожна складова частина якого є історичне наслідок глобального еволюційного процесу, розпочатого Великим вибухом. Самоорганізація - спостережувана здатність матерії до самоусложненію і створення все більш упорядкованих структур у ході еволюції. Ці принципові особливості сучасної природничо-наукової картини світу і визначають у головному її загальний контур, а також сам спосіб організації різноманітного наукового знання в щось ціле і послідовне.

Однак є ще одна особливість сучасної наукової картини світу, що відрізняє її від колишніх варіантів. Вона полягає у визнанні історичності, а отже, принципової незавершеності справжньої, та й будь-який інший наукової картини світу. Та, яка є зараз, породжена як попередньою історією, так і специфічними соціокультурними особливостями нашого часу. Розвиток суспільства, зміна його ціннісних орієнтації, усвідомлення важливості дослідження унікальних природних систем, в які складовою частиною включений і людина, змінюють стратегію наукового пошуку, саме відношення людини до світу. Але ж розвивається і Всесвіт.

Список використаної літератури

1.                   Князєва О.М., Курдюмов С.П. Закони еволюції і самоорганізації складних систем. - М.: Наука, 1994.
2.                   Кузнєцов В.І., Ідліс Г.М, Гутин В.М. Природознавство. - М.: Агар, 1996.
3.                   Структура наукових революцій. з англ. - М.: Прогрес, 1975.
4.                   Лакатоса І. Методологія наукових дослідницьких програм / / Зап. філософії. - 1995. - № 4.
5.                   Ровинський Р.Є. Розвиваючись Всесвіт. - М. 1995.
6.                   Сучасна філософія науки. - М.: Логос, 1996.
7.                   Стьопін BC Філософська антропологія та філософія науки. - М.: Вища школа, 1992.
8.                   Філософія і методологія науки. - М.: Аспект Пресс, 1996.

СУЧАСНА ПРИРОДНИЧО-НАУКОВА КАРТИНА СВІТУ