Наука в контексте культуры 1
НАУКА – особый вид познавательной деятельности, направленной на получение, уточнение и производство объективных, системно-организованных и обоснованных знаний о природе и обществе. Наука в широком смысле включает в себя все условия и компоненты научной деятельности: • разделение и кооперацию научного труда • научные учреждения, экспериментальное и лабораторное оборудование • методы научно-исследовательской работы • понятийный и категориальный аппарат • систему научной информации • а также всю сумму накопленных ранее научных знаний. 2
Научный метод познания Метод – это способ организации средств (инструментов, приемов, операций и др. ) теоретической и практической деятельности. Методология – наука о методе, как таковом. Научный метод - упорядоченный способ познания природы, приводящий к истине. 3
МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ • эмпирические • теоретические наблюдение; абстрагирование; сравнение; идеализация; измерения: формализация; - прямые; восхождение от - косвенные; абстрактного к эксперимент конкретному; анализ и синтез; индукция и дедукция; моделирование 4
Эмпирический уровень научного познания Наблюдение – это активный познавательный процесс, опирающийся на работу органов чувств человека и его предметную деятельность. Сравнение – установление сходства и различий в предметах, явлениях, процессах, общего, повторяющегося. Измерение – опосредованное сравнение через третий объект (эталон). Различают измерения: прямые и косвенные. Эксперимент – метод изучения определенных свойств объекта, для выявления которых создаются специальные контролируемые и управляемые условия. 5
Теоретический уровень научного познания Абстрагирование – отделение существенного от несущественного, выделение наиболее важного в исследуемом. Идеализация – отождествление исследуемого объекта с идеальными конструктивами, позволяющими применить математику и продолжить познание, используя её мощь. Формализация – изучение объектов в знаковой форме, удобной при разработке классификаций, систематизаций и т. п. Восхождение от абстрактного к конкретному (второй этап познания) – воспроизводится полнота и целостность объекта в мышлении. Аксиоматический метод – разработка теорий, следствий, концепций на базе утверждений, взятых без доказательства. 6
Анализ – метод познания, содержанием которого является совокупность приёмов расчленения предмета исследования на составляющие части (элементы, отдельные свойства, отношения). Синтез - метод познания, содержанием которого является совокупность приёмов соединения отдельных частей в единое целое. Индукция – тип умозаключения, содержащий вывод о множестве элементов из знаний одного или нескольких из множества. Дедукция - тип умозаключения, содержащий вывод об элементе из знаний множества ему подобных. Моделирование - особый универсальный метод научного познания (как эмпирического, так и теоретического уровня), в основе которого лежит подобие (геометрическое, физическое, математическое, …) 7
ФОРМЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ: -Научные факты – отражение конкретного явления в человеческом сознании. -Проблема – «знание о незнании» . -Научная гипотеза – предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказана. -Теория – подтвержденная гипотеза. 8
Принципы научного познания: -Признание причинно-следственной связи между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития. -Единственный критерий истины – практика. Истина проверяется (доказывается) только практикой: наблюдениями, измерениями, экспериментами, производственной деятельностью. -Относительность знания (понятий, идей, концепций, моделей, теорий) 9
ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ • Н. БОР: ТЕОРИИ, СПРАВЕДЛИВОСТЬ КОТОРЫХ УСТАНОВЛЕНЫ ДЛЯ ТОЙ ИЛИ ИНОЙ ОБЛАСТИ ЯВЛЕНИЙ, С ВОЗНИКНОВЕНИЕМ НОВЫХ БОЛЕЕ ОБЩИХ ТЕОРИЙ НЕ УСТРАНЯЮТСЯ КАК НЕЧТО ЛОЖНОЕ, НО СОХРАНЯЮТ СВОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ПРЕЖНЕЙ ОБЛАСТИ И СТАНОВЯТСЯ ЧАСТНЫМ СЛУЧАЕМ НОВЫХ ТЕОРИЙ. • Так, специальная теория относительности заменила механику Ньютона, но применимость последней в области v << c по прежнему очевидна. 10
Псевдонаука (паранаука, девиантная наука, «сциентизм» , альтернативная наука) - имитация научной деятельности. Примеры: астрология, алхимия, теология, парапсихология, уфология. Отличительные признаки: • фрагментарность, • некритический подход к исходным данным, • невосприимчивость к критике, • отсутствие общих законов, • неверифицируемость и/или нефальсифицируемость* псевдонаучных данных. *научная теория не может быть принципиально неопровержимой 11
В научном смысле истинность или ложность теории может быть применена только к теории, отвечающей признакам научной, в частности, признаку фальсифицируемости. Таким образом для нефальсифицируемой — и оттого ненаучной — теории невозможно доказательство её ложности, но по этой же причине невозможно и доказательство истинности (за отсутствием «обратного варианта» ). «Солнце является чёрной дырой» — пример теории фальсифицируемой и ложной. «Солнце является жёлтым карликом» — пример теории фальсифицируемой и истинной. «Солнце является астральной проекцией Ктулху*» — пример нефальсифицируемой теории. В пределах науки говорить об истинности или ложности данной теории бессмысленно. *божество из пантеона Мифов Ктулху, Зверь миров, спящий на дне Тихого океана, но, тем не менее, способный воздействовать на разум человека. 12
Биоэтика, основные проблемы • Генная инженерия • Клонирование • Эвтаназия - учение о нравственной стороне деятельности человека в медицине и биологии. 13
Естественнонаучная и гуманитарная культуры Культура – это совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей, а также сама человеческая способность производить и использовать эти ценности. Наука Искусство (естественнонаучное знание и техника) (гуманитарные науки, религия, философия) 1 -й тип мышления 2 -й тип мышления (левое полушарие) (правое полушарие) Рациональный, логичный, Интуитивный, дискурсивный; янь художественный; инь Объект исследования (природа) Субъект познания (человек) 14
ТИПЫ МЫШЛЕНИЯ 1 -й тип: четкое разделение аксиомы, гипотезы, следствия 2 -й тип: внелогичный, интуитивный нерациональный Функции: различать, разделять, сравнивать, измерять, распределять по категориям Функции: усмотрение истины, озарение, прозрение 15
Естественнонаучная и гуманитарная культуры неразрывно связаны друг с другом § Оба типа культуры принимают участие в формировании человеческого мировоззрения, а оно представляет собой целостное явление; § Имеется целый ряд пограничных проблем; § Естествознание часто сталкивается с проблемами социального или этического характера, в решении которых могут быть полезны гуманитарные науки; § С другой стороны, гуманитарные науки все шире используют методы и данные естественных наук. 16
Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития) Древняя Греция VI в. до н. э. – возникновение науки. Натурфилософия – философия природы. 17
Древняя Греция VI в. до н. э. – возникновение науки. Натурфилософия – философия природы. 18
НАУЧНЫЕ ПРОГРАММЫ АНТИЧНОСТИ §математическая программа (Пифагор, Платон) §атомистическая программа (Левкипп, Демокрит) §континуальная исследовательская программа (Аристотель) 19
Средние века Религия во главе познания природы. Креационизм – учение о сотворении природы Богом. Схоластика – упрощенная натурфилософия Аристотеля, приспособленная к догмам христианства. Успешное развитие астрологии, алхимии, ятрохимии, натуральной магии. Геоцентрическая модель Вселенной. 20
Эпоха Возрождения Леонардо да Винчи Зарождение современного естествознания, систематического научного познания на базе экспериментов и математического изложения. Первая научная революция Гелиоцентрическая модель Вселенной. Коперник, Бруно, Галилей, Кеплер, Декарт, Ньютон 21
Научные картины мира • НКМ- образно-философское обобщение достижений науки на определенный момент времени. • Фундаментальные вопросы НКМ: - о материи; - о движении; - о взаимодействии; - о пространстве и времени; - о причинности, закономерности , случайности; - о космологии (устройстве и происхождении мира). • Натурфилософская • Механическая • Электромагнитная • Неклассическая (квантово-механическая) • Современная (эволюционная) 22
Натурфилософская картина мира Аристотеля • Вселенная – вложенные друг в друга восемь сфер, которые делают оборот за одни сутки, на последней сфере- неподвижный перводвигатель. • Центр мира – Земля, вместе со сферой, на которой прикреплена Луна – подлунный мир, в нем господствуют изменения, возникновения, распад Остальное надлунный мир, вечный и неизменный, состоящий только из эфира. • Мир создан с определенной целью, главное место в нем отведено человеку, жизнь зародилась из частиц вещества имеющих активное начало- энтелехию, а далее произошла органическая эволюция 23
Механическая картина мира Можно однозначно определить состояние материальной точки для любого прошлого и будущего момента времени, зная координаты и скорость в начальный момент и действующие на нее силы. Редукционизм – сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое. 24
Электромагнитная картина мира Учение об электромагнетизме (Фарадей и Максвелл) Герц (1888 ) – электромагнитные волны. 1895: Рентгеновские лучи, Рентген Электрон, Томсон Можно точно рассчитать будущее Вселенной, зная, как в ней распределены физические поля и порождающие их заряженные частицы. 25
Неклассическая (квантово-полевая) картина мира Неевклидова геометрия Лобачевского и Римана Теория относительности Эйнштейна 1896: радиоактивность, Беккерель 1901: теория квантов, Планк Квантовая механика, концепция корпускулярно-волнового дуализма. В основе нашего мира лежит случайность, вероятность. 26
Современная эволюционная картина мира Эволюционизм, космизм (космогония), экологизм, антропный принцип, холизм (учение о целостности) и гуманизм (человек – высшая ценность). Синергетика, самоорганизация. Точный прогноз будущего невозможен; Можно предсказать лишь возможные варианты будущего и вероятности их осуществления. 27
Развитие представлений о материи Милетская школа (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен): проблема первоначала. Фалес: вода Анаксимандр: апейрон ( «беспредельное» ) Анаксимен: воздух Гераклит: огонь 28
Первоматерия в представлении древних Смешиваясь между собой, неизменные основы вещества порождают в се многообразие природы 29
Пифагорейцы: «все есть число» . Атомизм Демокрита: все состоит из атомов и пустоты. 30
Материя в механистической картине мира • Все состоит из отдельных корпускул (атомов), которые перемещаются по законам механики. • Основная абстракция – материальная точка (без объема, но с массой). 31
Материя в электромагнитной картине мира • Материя : вещество и поле. Вещество – дискретные электрически заряженные частицы. • При перемещении зарядов возникает возмущение электромагнитного поля – электромагнитная волна. Волна имеет длину λ, частоту ν, энергию Е=hν. • Все электромагнитные волны распространяются со скоростью света – с, так что λ = с / ν 32
Спектр электромагнитных излучений 33
Материя в современной научной картине мира Материя ВЕЩЕСТВО ПОЛЕ ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ 34
35
Развитие представлений о движении Античная наука о движении Гераклит: идея безостановочной изменчивости вещей. Аристотель. Движение – атрибут материи. 36
Движение в механической картине мира Единственная форма движения – механическое перемещение. I закон Ньютона (закон инерции) II закон Ньютона 37
Движение в электромагнитной картине мира Электродинамика Максвелла. Примеры волновых процессов: • Интерференция • Дифракция 38
Формы движения материи § Механическая § Физическая § Химическая § Биологическая § Социальная 39
Движение в современной картине мира Высшие, более сложные формы движения включают в себя более простые формы, сложившиеся на предшествующих ступенях развития. При этом более сложные формы нельзя свести к более простым. 40
Развитие представлений о взаимодействии Античность. Аристотель: одностороннее воздействие движущего на движимое; передача воздействия только через посредников, при непосредственном контакте (первоначальная форма концепции близкодействия). 41
Взаимодействие в механической картине мира ü возникновение концепции взаимодействия (третий закон Ньютона) ü открытие фундаментального взаимодействия (закон всемирного тяготения) ü принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния) 42
Взаимодействие в электромагнитной картине мира ü открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное) ü возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передается только через материального посредника — физическое поле — с конечной скоростью) ü полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создает соответствующее поле, которое действует на соответствующие заряды) 43
Взаимодействие в современной картине мира ü четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) ü квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицыпереносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами) 44
Фундаментальные взаимодействия Гравитационное: определяет глобальные процессы консолидации материи в макро- и мегамире. Электромагнитное: определяет силы давления, трения, сопротивления, упругости, химические силы, свойства вещества и электромагнитных излучений. Сильное: определяет структуру адронов, связь нейтронов и протонов в атомных ядрах, ядерные реакции. Слабое: определяет распад и превращение элементарных частиц. 45
Гравитационное взаимодействие Играет главенствующую роль в мегамире, собирая вещество в звезды, звезды – в галактики и т. д. Сила гравитационного притяжения (закон всемирного тяготения): Обменная частица – гравитон (экспериментально не обнаружена) ОТО: гравитационному взаимодействию подвержены объекты, не имеющие массы покоя (например, два луча света). 46
Электромагнитное взаимодействие Существует между любыми объектами, обладающими ненулевыми электрическими зарядами. Подчиняется закону Кулона: Переносчик – виртуальный фотон (квант электромагнитного поля) Магнитные силы порождаются электрическими токами – движением электрических зарядов. Электродинамика Максвелла – классическая теория электромагнетизма. Квантовая электродинамика (КЭД) – учет квантово-полевых эффектов. 47
Слабое взаимодействие Превращение одних частиц-фермионов в другие. Слабый заряд существует в трех видах, что создает три разновидности слабого поля с тремя тяжелыми обменными векторными бозонами: Бета-распад: С. Вайнберг, А. Салам: объединение слабого и электромагнитного взаимодействия (переносчик – безмассовая бозонная частица с бесконечным радиусом действия). 48
Сильное взаимодействие Соединение кварков и антикварков в адроны, а разновидности адронов – нуклоны (протоны, нейтроны) в ядра. Препятствует распаду атомных ядер (не будь его, ядра распались бы из-за сил электрического отталкивания протонов). Взаимодействие кварков обусловлено их цветом, обменные частицы взаимодействия – глюоны. Глюоны также обладают цветовым зарядом. С сильным взаимодействием связаны энергия, выделяемая Солнцем и звездами, превращения в ядерных реакторах и освобождение энергии. 49
Гравитационное Относительная сила Участники взаимодействий Характер взаимодействия Частица-переносчик взаимодействия Сильное Электромагнитное Слабое 10 -39 1 все адроны и их компоненты частицы с q≠ 0 Фермионы с фермионами притяжение, отталкивание меняет тип частиц гравитон глюоны фотон Промежуточные векторные бозоны 10 -17 W+, W- - 160000 me, Масса обменной частицы 0 0 0 Расстояние взаимодействия, м ∞ 10 -15 ∞ 10 -18 Время взаимодействия, с ? 10 -22 – 10 -24 10 -18 – 10 -21 10 -8 – 10 -10 Теория Взаимодействие определяет классической и квантовой электродинамики силы давления, структуру трения, адронов, связь сопротивления, глобальные процессы нейтронов и упругости, консолидации материи протонов в химические силы, в макро- и мегамире атомных ядрах, свойства вещества и ядерные реакции электро-магнитных излучений всемирного тяготения, квантовой относительности хромодинамики Z 0 - 180000 me квантовой теории поля распад и превращение элементарных частиц с участием нейтрино, безнейтринный распад с большим временем жизни распадающейся частицы Примеры 50
51