Шпаргалко по "Концепциям современного естествознания"

Николай Коперник (1473–1543) — польский астроном, математик, врач, поэт-переводчик. Основное дело — астрономия, основной труд «Об обращении небесных сфер». В этом труде Н. Коперник утвердил гелиоцентрическую систему мироздания. Коперник использовал принципы Птолемея, но поменял местами Солнце и Землю с обращающейся вокруг Земли Луной. Книга Коперника была запрещена церковью через 73 года после выхода ее в свет, а снят запрет был только через 212 лет, в 1828 г. Учение Коперника было по науковедческим меркам первой научной революцией в естествознании.

Джордано Бруно (1548–1600) — итальянский ученый (астроном, математик), философ, писатель и поэт, выдающийся университетский педагог. Он отстаивал не птолемееву, а коперникову систему мира, но добавлял, что солнечная система не единственная во Вселенной, а имеется бесконечное множество подобных миров. Это полностью соответствует данным современной науки о полицентрическом устройстве мира. За свои убеждения, отличающиеся от канонизированных церковью (аристотелевско-птолемеевские), Д. Бруно был сожжен на костре в Риме на Площади Цветов в 1666 г.

Галилео Галилей (1564–1642) — великий итальянский ученый (физик, механик, астроном, математик). Открыл четыре спутника Юпитера (сейчас их известно 14), кратеры на Луне, фазы Венеры, пятна на Солнце, которые вращаются с ним, много неизвестных звезд, обнаружил структуру Млечного Пути. Этим он обязан сконструированной им самим зрительной трубе, которую использовал в качестве телескопа. Все его опытные результаты (в частности открытия спутников не только у Земли, но и у других планет) привели его к убеждению правильности теории Коперника. Его подвергли суду инквизиции в 1633 г., и он под угрозой смерти отказался от учения Коперника.

Галилео Галилей по праву  считается отцом механики и физики. Именно он ввел в науку принцип относительности, носящий его имя. Этот принцип вошел составной частью в современную теорию относительности. Открыл Галилей и закон инерции. Весьма успешно он занимался и определением центра тяжести тел и удельного веса материалов, т. е. теорией прочности и теорией колебаний

В эпоху Возрождения  произошел скачок научного развития, обусловленный благоприятной культурной ситуацией. Резко упала роль схоластики и авторитетных мнений. Научное общество лихорадочно наверстывало все упущения, произошедшие за «тысячелетний сон». Развивалась научная методология, материально-техническая база науки, были получены важные научные результаты. Но вместе с тем начали проявляться  начальные признаки разделения и  углубления естественных наук.

6) Естествознание  в Новое время (сер. XVII – конец XVIII в.)

Цеховое производство сменила  мануфактура с разделением трудовых операций, специализацией работников и резким увеличением производительности труда. Все это требовало и  новой науки. Капитализм был заинтересован  в научно-техническом прогрессе, в овладении точными знаниями, которые можно использовать в  развитии производства и получении  прибыли. Поэтому именно в новое  время возникли многие прикладные науки: химическая технология, прикладная термодинамика, станкостроение, металлообработка и  др. Развивались и фундаментальные (теоретические) направления, преимущественно  обслуживающие производство. Это  такие науки, как теория тепловых процессов, гидростатика, химия металлов, механика и др. Развивалась астрономия для целей навигации.

Таким образом, Новое  время в научном отношении  противоречиво: наряду с традиционной натурфилософией зарождалась новая, специализированная современная наука.

Натурфилософская (энциклопедическая наука) Нового времени. Исаак Ньютон (1643–1727) — английский математик, механик, оптик, астроном, один из величайших ученых человечества. Ньютон считал себя натурфилософом, и свой главный труд назвал «Математические начала натуральной философии». В области математики Ньютон независимо от Лейбница создал дифференциальное и интегральное исчисление — основу современной высшей математики, теорию рядов. В области физики (механики и оптики) достиг значительных результатов. Обнаружил такие явления, как интерференция, дифракция и дисперсия света. Механику Ньютон довел до уровня математической теории, наивысшего в науке. Открыл закон всемирного тяготения. Чтобы объяснить, каким образом в пространстве происходит гравитационное взаимодействие, Ньютон ввел принцип дальнодействия.

Главное естественнонаучное достижение Ломоносова — открытие первого из ныне известных законов сохранения материи и движения.

Иммануил Кант (1724–1804) — выдающийся немецкий философ-идеалист, математик, механик, физик, астроном, географ, историк, антрополог, моралист. Основной труд по естествознанию — «Всеобщая естественная история и теория неба».

Основные достижения Лапласа  относятся к области небесной механики

В области механики стали известны имена итальянца Эванжелисты Торричелли (1608–1647) , француза Блеза Паскаля (1623–1662) (оба занимались гидростатикой), англичанина Роберта Бойля (1627–1691), француза Эдмона Мариотта (1620–1684) (теория газов), англичанина Роберта Гука (1635–1703)(растяжение тел), голландца Христиана Гюйгенса (1629–1695) и француза Огюста Френеля (1788–1827) (теория колебаний).

В области оптики конкурировали две концепции о природе света: континуальная (волновая) и дискретная (корпускулярная). Сейчас мы знаем, что и волновые, и корпускулярные свойства света находятся в единстве, а тогда считалась предпочтительной корпускулярная концепция.

В области электродинамики американский ученый Бенджамен Франклин (1706–1790) установил электрическую природу молнии, французский физик Шарль Огюст Кулон (1736–1806) открыл основной закон электростатики, носящий его имя. Итальянские ученые Луиджи Гальвани (1737–1798) и Александро Вольта (1745–1827) первыми открыли движение электрических зарядов — то есть электрический ток, причем в экспериментах использовали икроножные мышцы недавно убитых лягушек. Английский физик Хемфи Дэви (1778–1829) основал электрохимию, датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) впервые в эксперименте доказал связь электричества и магнетизма. Это позволило французскому физику Андре Мари Амперу (1775–1836) построить первую мыслительную модель магнетизма, кроме того, Ампер провел много опытов с электротоками, вывел ряд правил и законов, носящих его имя, построил первые приборы для измерения токов и по праву считается отцом электродинамики. Немецкий физик Георг Ом (1787–1854) установил основной закон электротока, носящий его имя.

В области химии  Р. Бойль (см. выше) ввел в химию методы анализа вещества, то есть превратил химию в строгую экспериментальную науку.

В области биологии, геологии Карл Линней (1707–1778) впервые после Платона успешно классифицировал известных в его времена животных, растения, минералы. Предложенная им бинарная классификация (объединяет в латинском названии род и вид живого организма) успешно используется и в современной биологии, но Линней утверждал, что виды организмов неизменны, то есть эволюция отсутствует. Французский естествоиспытатель

Итак, в эту  эпоху (XVII–XVIII вв.) развитие наук существенно  продвинулось, возникли новые, специальные  науки, обладающие всеми признаками современных. Четкой границы между  натурфилософами и узкими специалистами  пока не образовалось, и процесс  интеграции наук проходил продуктивно, сразу возникли физическая химия, биофизика, универсальная систематика, электродинамика  и другие гибридные направления.

Но наиболее важным итогом развития естествознания в этот период стала возникшая на основе достижений физики (точнее, механики) первая физическая картина мира (10):

1. Все тела состоят из материальных частиц, жестких, обладающих весом образований, пренебрежимо малых в сравнении с масштабами пространства, где они рассматриваются (атомы, молекулы, планеты и т. д.).
2. Между материальными частицами действуют силы притяжения, подчиняющиеся закону всемирного тяготения Ньютона, и силы отталкивания, проявляющиеся при упругом ударении. Все силы действуют мгновенно (дальнодействие).
3. Материальные частицы в своем движении подчиняются законам динамики Ньютона (1, 2, 3-й законы).
4. Пространство и время являются абсолютными, т. е. существуют независимо от материи.

Все природные процессы и  объекты объяснялись с позиций  механики, механическая (по философской  терминологии механистическая) концепция  проникла во все без исключения естественные науки.

Механическая картина  мира просуществовала с конца XVII века до середины XIX века.

Естествознание  в XIX веке

Людвиг Фердинанд  Гельмгольц (1821–1892) — немецкий врач-офтальмолог, физик, физиолог, математик. Проводил опыты по взаимосвязи и превращениям механических, тепловых, химических, электрических и магнитных явлений. Первым ввел строгое понятие «энергии» и точную формулировку закона сохранения и превращения энергии.

Отказ от концепции  теплорода автоматически возродил молекулярно-кинетические представления  о хаотическом движении молекул. Их описанием и исследованием  занялась новая наука — статистическая физика.

Представителями новой науки  стали следующие ученые:

 Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) — английский физик и математик, один из основоположников второй физической картины мира

Одновременно  развивалась наука термодинамика. Вот наиболее яркие представители этой науки:

Никола Сади Карно (1796–1832) — французский физик и инженер, сформулировал второй закон и разработал теорию тепловых машин;

Бенуа Поль Клапейрон (1799–1864) — француз, предложил геометрическую интерпретацию формулировки Карно, а также составил уравнение состояния идеального газа, носящее его имя (уравнение Клапейрона);

Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824–1907) — английский физик и математик, дал одну из формулировок второго закона термодинамики, ввел абсолютную шкалу температур (К);

Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус (1822–1888) — немецкий физик, дал одну из формулировок второго закона термодинамики, ввел понятие энтропии.

Все исследования перечисленных выше ученых и законы, ими установленные, доказали, что  явления тепловых процессов выпадают из механической картины мира, но доступны для физического познания. В этот раз механическая картина мира еще устояла, но конец ее был близок из-за развивающейся электродинамики.

В результате 16 041 проведенного опыта Фарадей установил закон электромагнитной индукции. Позже Фарадеем была утверждена одна из важнейших концепций современной физики — концепция поля

Одновременно  развивалась и химия.

 Дмитрий Иванович  Менделеев (1834–1907) — великий русский химик и метролог. В 1869 г. им был открыт «периодический закон химических элементов». Этот закон систематизировал все химические элементы по их химическим свойствам, а также устанавливает связь между физическими свойствами элементов (атомные массы) и химическими свойствами (валентность, степень окисляемости и др.).

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) — выдающийся русский химик и агротехник, основоположник теории химического строения вещества, создатель первой научной школы химиков. Кроме того, Бутлеров открыл явление изомерии — одинаковость химического состава молекул, но различие их свойств из-за разного строения.

Именно в XIX веке все более стало обнаруживаться характерное единство природных  процессов, замаскированное развитием  в двух предыдущих веках специальных  наук. Эволюционная теория была распространена почти на все природные объекты: в астрономии, в геологии, биологии, не охваченной оставались только физика и химия.

Но важным достижением  физики было утверждение второй физической картины мира (10):

1. Все тела природы состоят из материальных частиц, обладающих кроме массы, электрическим зарядом (положительным, отрицательным или нейтральным).
2. Между заряженными частицами действуют силы электромагнитного взаимодействия, подчиняющиеся законам электродинамики, переносчиком этого взаимодействия является электромагнитное поле, обладающее энергией.
3. Материальные частицы в своем движении подчиняются законам механики Ньютона
4. Пространство и время являются абсолютными, не зависящими от материи.

Из сопоставления  первой и второй картин мира видно, что вторая картина (электродинамическая) включает в себя первую (механическую) в чем-то явно, в чем-то скрыто. Она  не отменяет законов Ньютона (в том  числе и закона всемирного тяготения), но основной упор в ней делается на закономерности электромагнитного  взаимодействия. Срок жизни этой картины оказался всего полвека из-за ускорения естественнонаучного развития (сер. XIX – нач. XX века). Это очень небольшой срок в сравнении с первой картиной мира, которая продержалась полтора столетия.

7) Естествознание  в первой половине XX века.

Получалось, что электродинамика никак не вяжется с классической механикой. Многие теоретики пытались разрешить это противоречие, одни предлагали отказаться от принципа относительности (т. е. не надо складывать скорости), другие говорили, что эфир частично вовлекается в движение материальным телом и т. д.

Решение нашел Альберт Эйнштейн (1879–1955), живший в то время в Швейцарии. Он отверг идею эфира и постулировал скорость света одинаковой во всех системах отсчета. В результате осмысления этого, а также результатов других ученых — своих современников А. Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО), первая публикация которой была в 1905 г. СТО привела к парадоксальным выводам и формулам в сравнении с классической механикой.