- •Основы современного естествознания введение
- •Раздел 1. Тематический план дисциплины
- •Раздел 2.
- •Краткий курс лекций
- •Лекция 1.
- •Естествознание в мировой культуре
- •1. Предмет, задачи, структура курса «Основы современного естествознания».
- •2. Естествознание в системе форм общественного сознания.
- •3. Философия, математика, гуманитарные и естественные науки и их объекты
- •4. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур
- •5. Проблема постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук
- •Лекция 2. Особенности физического описания реальности Современные представления о движении, пространстве и времени.
- •1. Идеальные образы объектов реального мира (твердое тело, материальная точка, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна)
- •2. Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания ( масса; заряды и их действие на расстоянии; заряды как источники полей; «свободные» поля, суперпозиция полей)
- •3. Единицы физических величин
- •Лекция 3. Современные представления о движении, пространстве и времени
- •1. Движение и его виды. Относительность движения
- •2. Законы сохранения и их роль в формировании научной картины мира (законы сохранения энергии, импульса и момента импульса)
- •3. Пространство и время как основные свойства материи
- •Лекция 4. Понятие теплоты и термодинамический способ описания действительности
- •1. Термодинамические системы и их макроскопические храктеристики
- •2. Теплота и механическая работа (закон сохранения энергии)
- •3. Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние и флуктуации. Закон возрастания энтропии
- •4. Неравновесные системы и их характеристики
- •Реакция Белоусова-Жаботинского
- •5. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация в природе и обществе
- •Лекция 5. Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •1. Квантовые представления о строении вещества (фотоэффект и эффект Комптона, опыты по дифракции электронов и фотонов).
- •2. Современные представления о строении атома (волновые свойства атомов и молекул; лазерное излучение)
- •3. Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм
- •4. Представление об элементарных частицах и их взаимодействии. Ядерные взаимодействия. Атомная и термоядерная энергетика
- •5. Квантовая инженерия в наномире
- •Лекция 6. Элементарные частицы и физический эксперимент
- •1. Современные ускорители
- •2. Рождение и аннигиляция элементарных частиц
- •3. Виды взаимодействий элементарных частиц
- •4. Теория кварков
- •Лекция 7. Элементы современной космологии (физическая Вселенная)
- •1. Космические объекты и методы их исследования
- •2. Солнечная система в мире галактик
- •3. Модель Большого взрыва
- •4. Звезды и их эволюция
- •5. Земля в свете антропного принципа
- •Геохронологическая и стратиграфическая шкалы
- •Географическая оболочка Земли
- •Лекция 8. Система современного химического знания
- •1. Химия как наука, современная химическая картина мира (структурные уровни организации материи с точки зрения химии).
- •2. Основные понятия и законы химии (периодический закон и его значение)
- •3. Классификация химических веществ
- •§ 2. Теория строения органических соединений
- •§ 3. Классификация органических соединений
- •§ 4. Высокомолекулярные соединения (полимеры)
- •4. Теория химического строения вещества. Взаимосвязь между строением, свойствами и реакционной способностью вещества
- •Лекция 9. Растворы. Химическая идентификация
- •1. Растворы и их особенности
- •2. Химическая идентификация
- •3. Химические процессы (реакции)
- •4. Химия экстремальных состояний
- •Лекция 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •1. Масштабы современного химического производства
- •2. Проблемы сырьевых ресурсов и химия
- •Металлы и их коррозия
- •3. Химические процессы и материалы (традиционные материалы - дерево, стекло, керамика; применение металлов и сплавов, силикатных материалов, полимеров, биологически активных веществ)
- •6.11. Традиционные материалы с новыми свойствами
- •Синтетические материалы.
- •4. Материалы для создания носителей информации. Химия и нанотехнологии
- •5. Химико-энергетические процессы в природе и технике (альтернативные виды топлива, «зеленая химия»)
- •Аккумуляторы для сотовых телефонов. Эффект памяти
- •А теперь подведем итоги.
- •Лекция 11. Роль химии в современном обществе
- •1. Экологические и социальные аспекты химии
- •2. Проблема переработки вторичных ресурсов
- •3. Химия и окружающая среда
- •4. Защита биосферы от химических загрязнений
- •5. Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации
- •Лекция 12. Особенности современного биологического знания и его эволюция
- •1. Биология как наука и особенности биологического познания мира
- •2. Фундаментальные и частные биологические теории
- •3. Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды
- •4. Генетическая революция в биологии
- •5. Синергетическая теория эволюции (глобальная эволюция)
- •6. Этические проблемы современной биологии
- •Лекция 13. Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •1. Феномен жизни и его исследование
- •2. Отличительные особенности живой и неживой материи
- •3. Основные концепции происхождения жизни
- •5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм
- •Лекция 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •1. Уровни организации живой природы: молекулярно-генетический, онтогенетический, надорганизменный (популяционно-видовой), популяционно-биоценотический (биогеоценотический)
- •2. Биосферный уровень организации живой материи
- •3. В.И. Вернадский о роли «живого вещества»
- •4. Материальные основы появления жизни на Земле
- •Концепция происхождения живого по гипотезе Опарина-Холдейна
- •5. Возникновение и роль многоклеточных организмов в формировании биосферы Земли Лекция 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •1. Человек как единство биологического, социального и духовного. Генезис человека
- •2. Факторы, закономерности и этапы антропосоциогенеза
- •3. Культура как фактор регуляции (агрессии) человека
- •4. Социобиология и проблема геннокультурной коэволюции
- •5. Биологические предпосылки возникновения социальности человека. Роль социальных факторов в становлении человека
- •4. Перспективы исследования космобиосоциальной сущности человека в современной биологии
- •Биокатализ
- •Генные технологии
- •8 8. Проблемы клонирования
- •2. Достижения и возможные негативные последствия биотехнологий
- •3. Поиск путей развития общества, сохраняющих целостность природы Глава 11 гармония трудовой деятельности людей и природы
- •11.1. Обновление энергосистем
- •11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда
- •11.3. Города и природа
- •11.4. Решение проблем утилизации
- •11.5. Перспективные материалы, технологии и окружающая среда
- •4. Ресурсы биосферы и демографические проблемы
- •Лекция 17. Социальное измерение современного естествознания
- •1. Роль научного знания на современном этапе развития общества
- •2. Нелинейное освоение культурой результатов научной деятельности
- •3. Наука и сми
- •5.4. Экологические проблемы сегодня
- •4. Естествознание как основа современных технологий
- •5. Проблема моделирования социокультурных явлений
- •Раздел 3.
- •Семинар 2 . Взаимодействие естественнонаучного и гуманитарного знания
- •Семинар 4. Концепции термодинамики
- •Семинар 5 . Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •Семинар 6 . Элементарные частицы и физический эксперимент
- •Семинар 7 . Элементы современной космологии (физическая вселенная)
- •Раздел 2. Химия в контексте устойчивого развития общества Семинар 8. Система современного химического знания
- •Семинар 9 . Растворы. Химическая идентификация
- •Семинар 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •Семинар 11. Роль химии в современном обществе
- •Раздел 3. Специфика, структура и проблемное поле современного биологического познания Семинар 12 . Особенности современного биологического знания и его эволюции
- •Семинар 13 . Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •Семинар 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •Семинар 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •Семинар 16 . Социальный аспект биологического познания
- •Заключение. Социальное измерение современного естествознания Семинар 17. Перспективы развития естествознания и гуманитарных наук в 21 веке
- •3.2. Перечень вопросов к экзамену (зачету)
- •3.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм
В конце XIX столетия в научной литературе начинают использовать новый термин «биосфера», предложенный австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831-1914). Первоначально этот термин имел несколько различных смыслов. Окончательное формирование этого понятия связано с публикацией книги В.И. Вернадского «Биосфера» в 1926 году. В этой книге представление о биосфере дано как о планетарной оболочке Земли. Понятие биосферы по Вернадскому включало организмы и среду обитания.
Добиологический период развития планеты связан с физико-химическими факторами неживой природы. Качественный скачок – возникновение жизни – это результат физико-химических преобразований абиотической материи в определенных условиях, которые возникают единственный раз в истории развития мира. Появление живых организмов, развивающихся во взаимодействии с неживой природой, привели к образованию биосферы, где биологические процессы преобладают.
Структура биосферы включает:
- живое вещество;
- биогенное вещество, создаваемое в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки, нефть и др.);
- косное вещество, образованное без участия живых организмов (основные геологические породы, метеориты, вулканическая лава и др.);
- биокосное вещество, как результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).
Структура биосферы может быть представлена в виде следующих элементов:
- атмосфера;
- гидросфера;
- литосфера.
Эволюция биосферы определяется следующими группами факторов: развитием Земли как космического тела; биологической эволюцией живых организмов; развитием человеческого общества.
Если говорить о физических границах жизни, то они во многом определяются этими основными факторами. Верхняя граница биосферы находится на высоте около 20 км над поверхностью Земли и связана с озоновым слоем, препятствующим проникновению ультрафиолета Солнца. Именно коротковолновая часть ультрафиолетового излучения является губительной для живых организмов. В гидросфере земной коры живые организмы заселяют все воды Мирового океана до глубины 11 км. А в литосфере жизнь обнаружена на глубине более 7 км, что связано с температурой земных недр и наличием воды.
Атмосфера-это газовая оболочка Земли, состоящая из азота и кислорода, а также незначительных количеств иных газов. Все процессы, протекающие на поверхности планеты, во многом определяются состоянием атмосферы.
Гидросфера – это водная оболочка планеты, имеющая большое значение для существования жизни. Важную рол играют, газы растворенные в воде. Их наличие обуславливает возможность существования жизни в водной среде.
Литосфера – это твердая оболочка Земли, но основная часть живых организмов находится в почвенном слое, толщина которого не превышает нескольких метров. Почвы состоят из неорганических веществ (глина, песок, минеральные соли и др.) и органических веществ (продуктов жизнедеятельности живых организмов).
В структуре биосферы системообразующим фактором является живая материя. В.И. Вернадский живым веществом биосферы называл «совокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии». Живое вещество по своей массе составляет незначительную часть биосферы, однако выполняет ряд важнейших функций в процессе формирования земной коры и атмосферы.
Живое вещество обладает рядом специфических свойств:
- обладает большой свободной энергией;
- в живом веществе скорость химических реакций значительно выше, чем в неживом;
- химические соединения, составляющие живое вещество, сохраняют свою целостность только в живых организмах;
- живому присуще произвольное движение;
- для живого характерно большое разнообразие на химическом и морфологическом уровнях;
- живое вещество способно в рамках биосферы находится в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в широких пределах;
- живое вещество возникает только из живого и существует в земных условиях в форме ротации поколений организмов.
Распределение организмов в переделах биосферы неравномерно, главным образом они сосредоточены на поверхности Земли, в поверхностном ее слое и тонком слое Мирового океана. На Земле растения составляют 99% биомассы представляя 21% от общего числа видов живых организмов, а среди животного мира 4% составляют позвоночные животные, из которых только 10% являются млекопитающими. Все остальные животные имеют более низкий уровень организации. Масса живого вещества составляет около 0,02% от массы косного вещества. Циклический характер жизнедеятельности организмов приводит к ежегодному обновлению биомассы на 10%. Несмотря на незначительность массы живой материи ее роль выражается в виде следующих функций в рамках биосферы: энергетической, концентрационной, средообразующая, транспортная, деструктивная.
Главной функцией биосферы как целостности является обеспечение круговорота химических элементов, который выражается в цикруляции веществ между живыми организмами и ее структурными элементами.
Технократическая деятельность человека в конце XX начале XXI веков очень существенно отражается на состоянии биосферы и ее отдельных элементов. Активная научно-производственная деятельность человека не только меняет условия жизни, но и влияет на ряд процессов в биосфере. Конфликт все больше углубляется по мере нарушения биотических круговоротов вещества и термодинамического равновесия на планете. Все больше возникает проблема понимания основных законов стабильного существования биосферы.
Стратегические концепции жизнедеятельности человечества основаны на учении о биосфере В.И. Вернадского, представлениях о биогеоценозах В.Н. Сукачева, экологических системах А. Генсли. Биогеоценоз (экосистема) – это устойчивое сообщество организмов разных видов, тесно связанных между собой и окружающей неживой природой обменом веществ и энергией.
Биотический круговорот органических веществ –это основа и условие существования биосферы. Непрерывность круговорота необходимое условие существования жизни на Земле.
В качестве основных принципов учения о биосфере можно назвать:
- целостность биосферы на основе системы физических констант;
- всеобщность физических законов функционирования биосферы по отношению ко Вселенной;
- участие живой материи в трансформации солнечной энергии в энергию химических соединений;
- зависимость скорости размножения живых организмов от их физических размеров;
- стремление живых организмов к максимальной экспансии пространства;
- количество живого вещества в биосфере постоянно и соответствует количеству газов (кислорода) в атмосфере;
- сложная живая система достигает равновесия, при котором свободная энергия должна быть равна нулю.
В.И. Вернадский выделил три этапа развития биосферы:
1 - возникновение первичной биосферы;
2 - усложнение структуры биосферы в результате появления живых организмов различных уровней организации;
3 - возникновение человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.
Роль человека в развитии биосферы определяется его биосоциальной природой. Существование человека как гетеротрофного организма определяется пищевыми ресурсами, наличием воды и воздуха. Человек обладает разумом и способностью к трудовой деятельности. Постепенно роль производительной деятельности человека становится мощным экологическим фактором, нарушающим равновесие. Планетарные масштабы деятельности человека ставят проблему существования биосферы по-новому. Созданная человеком техносфера нарушает целостоность биосферы. В качестве решения проблемы предполагается возможным создание ноосферы – сферы разума, которая сможет предотвратить наметившийся кризис.
Ноосфера - это высшая стадия развития биосферы, когда преобразующая деятельность человека основывается на научном понимании естественных и социальных процессов и учетом общих принципов развития природы. Идеи В.И. Вернадского нашли отражение в современной концепции устойчивого развития общества. Эта концепция предполагает установление баланса между потреблением и производством, использованием и воспроизводством природных и человеческих ресурсов. Устойчивое развитие должно быть основано на принципе поступательного движения темпов производственного и экономического развития. Сущность этого принципа позволяет говорить о уравновешивании давления цивилизационного развития на окружающую среду, при котором она способна восстанавливаться. Ноосфера возникает тогда, когда человеческое мышление станет на уровень выше по отношению к экономическим интересам и потребностям человека, если это возможно.
В структуре ноосферы выделяют следующие элементы: человечество и его социально-экономический потенциал, совокупность научных знаний, технику и производственные технологии, биосферу.
Изменения биосферы могут происходить в интересах человека, но они не должны иметь разрушительный характер для биосферы. Такое паритетное взаимодействие человека и биосферы в естествознании называют коэволюцией.
Важнейшей идеей мировой цивилизации является идея развития мира. Постепенно к XX веку естествознание накопило достаточную теоретическую и методологическую основу для формирования единой модели эволюции, установления ее движущих сил и основных законов. Концепция универсального эволюционизма связывает в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез), человека и человеческого общества (антропосоциогенез). Такую модель развития общества и природы называют глобальным эволюционизмом, поскольку она охватывает все формы существующего материального и духовного мира, объединяя их как целостность в сознании современного человека.
Иными словами под глобальным эволюционизмом понимают концепцию развития во времени и пространстве Вселенной как природной целостности. История Вселенной начинается с Большого взрыва, а в настоящее время проходит стадия возникновения и развития человечества. В рамках глобального эволюционизма рассматриваются следующие типа эволюции: космическая, химическая, биологическая, геологическая, социальная. Все названные виды эволюционных явлений находятся в генетических взаимосвязях, что позволяет формироваться универсуму (мировому целому) в направлении повышения сложности своей структуры и формальной организации.
В этой концепции значительное место занимают идеи естественного отбора, антропный принцип, идеи самоорганизации сложных систем и универсума в целом. Глобальный эволюционизм как историческая парадигма направляет естествознание на понимание и выявление основных закономерностей эволюции материи на всех этапах ее существования и саморазвития.