Российская экономическая академия им. Г. В. Плеханова.

Кафедра физики

В. В. Логвинов

Концепции современного естествознания

Материалы для самостоятельной работы студентов

Москва 2004

Содержание

Темы лекций и семинаров

Лекции:

1. Естествознание в современном мире. Методы естественных наук (с. 3 – 4)

2. Фундаментальные концепции естествознания (с. 5 – 6)

3. Концепции классической механики и классической теории поля (с. 7 – 8)

4. Законы термодинамики и самоорганизация макросистем (с. 9 – 10)

5. Концепции квантовой физики (с. 11 – 12)

6. Строение и эволюция Вселенной (с. 13 –14)

7. Химические элементы, соединения и процессы (с. 15 – 16)

8. Особенности и эволюция жизни на Земле. Естественный отбор (17 – 18)

9. Основные концепции генетики (с. 19 – 20)

10. Происхождение и эволюция человека (с. 21 – 22)

11. Биосфера и глобальный экологический кризис (с. 23 – 24)

Семинары:

1. Масштабы природы. Обработка результатов измерений (с. 25 – 26)

2. Симметрия в природе и законы сохранения (с.27 – 28)

3. Законы электромагнетизма и выводы теории относительности (с. 29 – 30)

4. Колебания и волны (с. 31 – 32)

5. Концепции молекулярно-кинетической теории. Цикл и теорема Карно (с. 33 – 34)

6. Строение атомов. Закон радиоактивного распада (с. 35 – 36)

7. Земля и Солнечная система (с. 37 – 38)

8. Цепные реакции и катализ (с. 39 – 40)

9. Живые клетки и вирусы (с. 41 – 42)

10. Генетический код и синтез белков (с. 43 – 44)

11. Развитие нервной системы и головного мозга (с. 45 – 46)

Приложения:

1. Краткий словарь терминов естествознания (с. 47 – 54)

2. Выдающиеся деятели естествознания (с. 55 – 60)

3. Хронология открытий и достижений естествознания в ХХ веке (с. 61 – 68)

Контрольные вопросы (с. 69 – 70)

Примеры тестовых заданий (с. 71 – 72)

Темы рефератов и докладов на семинарах (с. 73 – 74)

Рекомендуемая литература (с. 75 – 76)

Пособие включает теоретические материалы для самостоятельной работы студентов, изучающих дисциплину «Концепции современного естествознания», примеры решения задач, некоторые справочные данные, конт-рольные вопросы, примеры тестовых заданий, темы рефератов и докладов на семинарах, список рекомен-дуемой основной и дополнительной литературы.

Для студентов института бизнеса и делового администрирования, общеэкономического института, налогового института РЭА им. Г. В. Плеханова по направлению 521600 «Бакалавр экономики» и специальностям: 060400 «Финансы и кредит», 060500 «Бухгалтерский учет, анализ и аудит», 060700 «Национальная экономика», 351200 «Налогообложение».

Может быть полезным и для преподавателей, ведущих занятия по этому курсу.

 Логвинов В. В., 2004.

Российская экономическая академия им. Г. В. Плеханова. Кафедра физики

Концепции современного естествознания (Материалы для самостоятельной работы студентов)

Лекции: Тема 1. Естествознание в современном мире. Методы естественных наук(с. 3 – 4)

Концепции – основные понятия, идеи, законы, принципы, общие для всех естественных наук (напр., природа, материя, движение, энергия, масса, сила, температура, энтропия, элемент, атомы и молекулы, эволюция и т. п.).

Естествознание – комплекс естественных наук о явлениях и законах природы, включает астрономию, физику, химию, геологию, биологию, экологию и др., которые подразделяются на более узкие направления научных исследований (сегодня насчитывают несколько тысяч естественных наук). Традиционно отделяют естественные науки от технических, общественных, экономических, гуманитарных и т. п.

Природа – все то, что нас окружает, включая самого человека, продукты его материальной и духовной деятельности (включая мысли, идеи, мифы, философию, искусство и т. п.), а также институты и организации человеческого общества. Современное научное естествознание не учитывает существование каких-либо внеприродных сил (Бога, Творца, Мирового разума и т. п.), т. е. того, что нельзя проверить на практике или доказать (напр., нематериальность духа, бессмертие души), считая, что духовная деятельность человека не- отделима от материальной основы. Одна из центральных задач естествознания – установление границ природы, доступной нашему наблюдению и изучению. Сегодня мы можем наблюдать природу по пространственным масштабам от 10²⁶ м (радиус космологического горизонта) до 10^-18 (радиус слабых взаимодействий), но теоретически предполагается, что размеры нашей Вселенной гораздо шире в ту и другую стороны.

Закон природы – утверждение в словесной или математической форме, которое выражает постоянство, повторяемость, порядок, необходимую причинно-следственную связь природных явлений и процессов, взаимосвязи объектов и систем природы и их свойств (напр., законы сохранения, закон возрастания энтропии, закон всемирного тяготения, закон радиоактивного распада, периодический закон, законы генетики и т. п.). К законам примыкают принципы, лежащие в основе естественно-научных теорий, которые проверяются по их следствиям (напр., фундаментальные принципы материального единства природы, причинности и случайности, симметрии и сохранения, эволюции и самоорганизации и др.)

Принцип материального единства природы: все наблюдаемые природные объекты и системы имеют одну и ту же материальную основу (элементарные частицы, атомы, молекулы), при этом свойства и поведение этих объектов и систем определяются одинаковыми и неизменными во времени физическими законами и значениями универсальных физических постоянных.

Универсальный принцип эволюции: Все наблюдаемые природные объекты и системы с течением времени эволюционируют (рождаются, «живут» и исчезают), при этом локально (в отдельных местах) благодаря взаимодействиям различных систем с другими системами происходит их самоорганизация, т. е. усложнение системы, возникновение ранее не существовавших структур, свойств, процессов (примеры: появление вещества, атомных ядер, атомов, галактик, звезд, планетных систем, сложных биохимических соединений, живых организмов, человека, науки и культуры).

Метод науки – совокупность приемов и средств, а также направление исследования выбранного явления, путь, по которому надо идти, чтобы достичь поставленной цели.

Цель науки – объяснить изучаемые явления и как первый шаг – установить причины явления, т. е. того, что вызывает (порождает, обусловливает) данное явление. Отсюда методологический императив науки – искать причины явлений.

Основные признаки естественно-научного метода: 1. Сбор, систематизация и анализ фактов о природных явлениях; 2. Создание теорий, основанных на определенных принципах, которые охватывают и объясняют достаточно большую группу фактов; 3. Использование в теориях методов логики и математики; 4. Проверка выводов теорий наблюдениями, измерениями, экспериментами, производственной практикой, т. е. опытом людей; 5. Стремление к повышению точности измерений и смысла употребляемых понятий.

Научный факт – максимально подробное и точное описание события или природного явления, подтверждаемое (по возможности) другими наблюдателями. Факт должен быть документирован, т. е. представлен научному сообществу в виде сообщения, доклада или статьи. Обработка фактов составляет главное содержание научной работы. Так как факт есть по сути субъективное описание явления, задача научной методологии – оценить правдоподобность и точность этого описания. «Подвергай все сомнению» – один из основных девизов научного познания.

Научная теория - логически организованная система понятий и высказываний о них, которая единообразно описывает некоторую достаточно большую совокупность реальных фактов в их причинно-следственных взаимосвязях и тем самым объясняет их. В основе теории лежат несколько основополагающих принципов, из которых выводятся различные следствия, проверяемые фактами. Один из основных методологических императивов науки: если факты не соответствуют (противоречат) теоретическому выводу, теория должна быть исправлена, уточнена в отношении границ своей применимости или отвергнута. Первым шагом к созданию теории является обобщение и абстрагирование от второстепенных свойств и признаков вещей. Тем самым выявляется суть (или сущность) вещей и процессов, стоящая за их конкретными проявлениями.

Принцип опровержимости (фальсифицируемости) научных теорий или выводов: Утверждения или теории только тогда могут считаться научными, если их можно подвергнуть сомнению и опровергнуть (показать их ошибочность), предложен австрийским философом К. Поппером.

Естественно-научная истина – представление (утверждение) об окружающем мире, которое подтверж-дается наблюдениями, экспериментами, практикой, в широком смысле всем опытом человечества. Соответствие опыту – главный критерий (признак) истинности того или иного научного высказывания о природных явлениях. Другие особенности научных истин: они создаются людьми и потому всегда ограничены и относительны; истины постоянно уточняются и не могут быть абсолютными (в этом отличие истин естествознания от математических истин, которые относятся к идеальным и неизменным объектам).

Наблюдение – процесс взаимодействия наблюдателя с природой, когда он не вмешивается в естественный ход событий и не изменяет их, но может использовать кроме своих органов чувств другие приборы. Единичные наблюдения еще не могут служить надежной основой для серьезных научных выводов и могут оказаться весьма субъективными и даже ошибочными.

Измерение – процедура количественного сравнения свойств объекта или явления с некоторым эталоном (единицей измерения), которая реализуется с помощью специальной аппаратуры (приборов). Результат измерения выражается именованным числом с указанием единицы измерения, иногда отвлеченным (безразмерным) числом.

Метрическая точность измерения определяется количеством значащих цифр результата измерения (кроме нулей в начале записи числа). Поскольку измерения в естествознании не могут быть абсолютно точными (за некоторыми исключениями) задача измерений не только получить результат, но и оценить погрешность (ошибку) измерения, что, как правило, невозможно для единичного измерения. Из набора измерений данного свойства (по возможности в одинаковых условиях опыта) в качестве истинного значения принимается среднее, если отклонения от среднего имеют случайный характер, или же повторяющееся значение, если погрешность вызвана неточностью прибора.

Ошибки измерений бывают: по происхождению – приборные (инструментальные) и методические; по характеру проявления – систематические и случайные; по отношению к истинному значению измеряемой величины – абсолютными и относительными.

Абсолютная погрешность – разность по модулю между истинным значением величины и данным результатом измерения.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к истинному значению (может быть выражена в процентах).

Приборная ошибка – наименьшее значение величины, которое может измерить данный прибор. Органы чувств человека также имеют свои погрешности.

Международная система единиц измерений (СИ) упорядочивает все единицы измерений в науке и технике и выделяет основные, производные, дополнительные, кратные, дольные и внесистемные единицы. В СИ семь основных единиц: метр (единица длины), килограмм (единица массы), секунда (единица времени), кельвин (единица абсолютной температуры), ампер (единица силы электрического тока), кандела (единица силы света) и моль (единица количества вещества). Их определения, а также определения и соотношения других единиц см. в справочных изданиях.