Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

И естественнонаучной картины мира

Стр 1 из 6Следующая ⇒

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

И ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТВЕРСКОЙ ФИЛИАЛ

Кафедра общегуманитарных и социально-экономических дисциплин

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Рабочая тетрадь

Для студентов, обучающихся по заочной форме обучения по направлениям 081100.62 Государственное и муниципальное управление,

Экономика, 080200.62 Менеджмент,

Социальная работа, квалификация «Бакалавр»

Тверь

Поташкин С.П. Концепции современного естествознания: Рабочая тетрадь для студентов, обучающихся по заочной форме обучения по направлениям 081100.62 Государственное и муниципальное управление, 080100.62 Экономика, 080200.62 Менеджмент, 040400.62 Социальная работа; квалификация «Бакалавр» – Тверь: ТФ РАНХиГС, 2012.

Рассмотрено и утверждено на заседании Учебно-методического совета Тверского Филиала РАНХиГС. Протокол ____ от ___________ 2012 г.

Дидактическая единица № 1. ЭВОЛЮЦИЯ НАУЧНОГО МЕТОДА

И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Темы:

1. Научный метод познания.

2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

3. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития).

4. Развитие представлений о материи.

5. Развитие представлений о движении.

6. Развитие представлений о взаимодействии.

Задание 1.Основой для развития науки является исследовательская программа. Она включает теории и гипотезы, методологию и методы исследования. Таково мнение британского учёного Имре Лакатоса. Ниже приведена характеристика научной исследовательской программы и примеры некоторых методологий (например, механицизма)

Имре Лакатос (Лакатош) (1922 – 1974)

И. Лакатос основное внимание уделяет не теориям, как таковым, а ведет речь об исследовательских программах. Научно-исследовательская программа является структурно-динамической единицей его модели науки. Чтобы понять, что такое программа научного поиска, вспомним о механицизме Декарта или Ньютона, об эволюционной теории Дарвина или о коперниканстве. Последовательная смена теорий, вытекающих из одного ядра, происходит в рамках программы с неопровержимой методологией, показывающей свою ценность, плодотворность и прогрессивность в сравнении с другой программой. Одолеваемая детскими болезнями, теория для своего развития, становления и укрепления нуждается во времени. Таким образом, история науки предстает, по Лакатосу, как история конкуренции исследовательских программ.

Найдите в учебной или справочной литературе определения теории, гипотезы, методологии, научного метода.

1. Теория: система обобщенного достоверного знания о том или ином фрагменте действительности, которая описывает, объясняет и предсказывает функционирование определенной совокупности составляющих его объектов.

2. Гипотеза: предположение или догадка; утверждение, предполагающее доказательство, в отличие от аксиом, постулатов, не требующих доказательств. Гипотеза считается научной, если она удовлетворяет научному методу

3. Методология: учение о методах, способах и стратегиях исследования предмета

4. Метод: путь исследования, способ достижения цели, совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

В приведённом выше отрывке противопоставляются механицизм и эволюционизм. Приведите краткую характеристику этим исследовательским программам.

1. Механицизм: Надо только открыть механические законы взаимодействия тел и все объяснить с помощью этих естественных законов, безо всяких вымыслов и фантазий. Данные законы должна открывать и исследовать специальная наука — механика, которая поэтому и стала одной из главных в классическом естествознании. 2. Эволюционизм: учение, согласно которому все существующее находится в процессе постоянного развития, в состоянии эволюции

Задание 2.Понятие научного метода познания имело свою историю. В настоящее время преимущество имеют эмпирические методы. Началом их целенаправленного применения является работа британского философа Френсиса Бэкона.

Френсис Бэкон (1561-1626) предложил реформу научного метода в своём трактате «Новый органон». Он предложил ограничить сферу применения натурфилософии и обратиться к опыту как наиболее эффективному способу получения знаний Натурфилософия опиралась на умозрительное истолкование природы, а опыт представляет собой изучение объекта через чувственное восприятие.

Френсис Бэкон

1. Приведите определения теоретического и эмпирического способа познания.

теоретические методы опираются на рациональное познание (понятие, суждение, умозаключение) и логические процедуры вывода Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов

2. В учебной литературе найдите перечень методов, используемых современным естествознанием. Классифицируйте их на теоретические и эмпирические, имея в виду, что теоретические методы используются в «мысленном эксперименте», а эмпирические – в области, где задействованы чувства (органы чувств) исследователя.

Эмпирические методы	Теоретические методы
1.эксперимент 2.научное исследование 3.наблюдение 4.измерение	1.теория 2.гипотеза 3.закон 4.идеализация 5.формализация 6.индукция 7.дедукция

3. Гуманитарное и естественнонаучное знание использует все методы, но предпочтения у двух направлений научной культуры разные. Предложите своё мнение о том, какие методы чаще встречаются в естествознании, а какие чаще используются в гуманитарной сфере.

Один без другого эти методы не возможны.

4. Новые знания нуждаются в подтверждении их истинности или в опровержении их наукой. Для этого используются универсальные методики верификации и фальсификации. Найдите их определение и содержание и приведите ответ в кратком виде.

верификация — это подтверждение истины, то фальсификация — ее искажение

Задание 3.Одной из первых исследовательских программ была попытка рационального объяснения картины мира, предпринятая античными учёными. Наибольшую популярность приобрёл атомистический подход (атомизм) в объяснении строения и трансформации реального мира.

Демокрит (ок. 460 – ок. 370 до н.э.)

Атомизм был создан представителями досократического периода развития древнегреческой философии Левкиппом и его учеником Демокритом Абдерским. Согласно их учению существуют только атомы и пустота. Атомы — мельчайшие неделимые, невозникающие и неисчезающие, качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) сущности (частицы), обладающие определённой формой. Атомы бесчисленны, так как пустота бесконечна. Форма атомов бесконечно разнообразна. Атомы являются первоначалом всего сущего, всех чувственных вещей, свойства которых определяются формой составляющих их атомов. Демокрит предложил продуманный вариант механистического объяснения мира: целое у него представляет собой сумму частей, а беспорядочное движение атомов, их случайные столкновения оказываются причиной всего сущего.

1. Демокрит предложил считать мир дискретным. Что означает этот термин в современной трактовке?

1. Существуют две основные формы материи: поле и вещество, которым присуще свойство дискретности. 2. Материя создана вихревыми дискретными энергетическими потоками, что, в определенной степени, отражает единство природы вещества и поля. 3. Источником дискретных энергетических потоков (виртуальных частиц) является физический вакуум, который рассматривается как невозбужденное состояние полевой материи. В современной науке существует вариант понимания дискретности - как появления и исчезновения элементарных частиц.

2. Одним из элементов мира, по мнению античных учёных, была пустота. Именно в пустоте существовали атомы. Сравните понятие пустоты с концепцией физического вакуума в современном естествознании.

Пустота в системе миропонимания Демокрита выступает как принцип дискретности, множества, движения атомов и как их бесконечное «вместилище». Демокрит называет пустоту небытием. Понятие бытия и небытия включены у него в более общее понятие ”то, что на самом деле”, благодаря которому реальность существования признавалась и за пустотой или небытием» Современная теория поля придерживается материалистических взглядов на природу физического вакуума, рассматривая его как невозбужденное состояние полевой материи. Физический вакуум, представляя полевую форму материи, может оказывать давление на вещественную материю, что наблюдается экспериментально в статическом эффекте Казимира.

Задание 4.Исследовательская научная программа Аристотеля отличалась от атомизма представлением о континуальности материального мира.

Прерывность и непрерывность– философской категории, характеризующие как структуру материи, так и процесс её развития. Прерывность означает "зернистость", дискретность пространственно-временного строения и состояния материи, составляющих её элементов, видов и форм существования, процесса движения, развития. Она основывается на делимости и определённой степени внутренней дифференцированности материи в её развитии, а также на относительно самостоятельном существовании составляющих её устойчивых элементов, качественно определённых структур, например элементарных частиц, ядер, атомов, молекул, кристаллов, организмов, планет, общественно-экономических формаций и т.д. Непрерывность, напротив, выражает единство, взаимосвязь и взаимообусловленность элементов, составляющих ту или иную систему определённой степени сложности. Непрерывность основывается на относительной устойчивости и неделимости объекта как качественно определённого целого. Именно единство частей целого и обеспечивает возможность самого факта существования и развития объекта как целого. Т. о., структура какого-либо предмета, процесса раскрывается как единство П. и н.

Аристотель (384-322 гг до н.э.)

Воспользуйтесь приведённым выше пояснительным текстом и другими источниками для определения понятия континуальности

Континуальная программа Аристотеля. Ядро программы – утверждение о невозможности пустоты, из чего следует отрицание атомистических идей и противопоставления этим идеям представления о непрерывности, т.е. континуальности материи

Аристотель не признавал пустоты («Природа не терпит пустоты»). Приведите краткую характеристику его представлений о материи.

"Природа не терпит пустоты" - древнее изречение. Древняя философия не терпела пустоты. Она не принимала ее, т.к. ее невозможно понять, ибо нет объекта для понимания. Пустота - просто ничто, о котором ничего нельзя сказать, поэтому, с точки зрения позитивной философии, предлагающей опираться только на практический опыт восприятия, пустоты не существует.

Аристотель считал, что взаимодействие материальных тел происходит по модели близкодействия. Раскройте это понятие с физической или философской точек зрения

Близкодейсвие Напротив, законы взаимодействия электрически заряженных тел допускали возможность их относительно простой проверки. Вскоре было установлено, что взаимодействие электрических зарядов происходит не мгновенно. Каждая электрически заряженная частица создает электрическое поле, действующее на другие частицы не в тот же момент, а спустя некоторое время. Иными словами, взаимодействие передается через посредника – электромагнитное поле, а скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Это составляет суть концепции близкодействия..

Задание 5.За время существования науки от античных времён до наших дней сменилось несколько картин мира, когда человек по-разному воспринимал реальность и понимал законы её существование. Смены картин мира называются научными (естественнонаучными) революциями.

Первой картиной мира была античная картина атомистического устройства реальности Вторая научная картина мира была создана в конце 17-го века работами И. Ньютона. Она осталась в истории под названием «Динамика Ньютона» и «механицизм». Её основа – законы движения и взаимодействия тел Третья революция в науке произошла в сер.19-го века с открытием полей как формы существования материи. Электромагнетизм рассматривал движение как перемещение заряженных частиц, а взаимодействие – как обмен зарядами Последняя картина мира создана А.Эйнштейном в нач. 20-го века. Релятивизм рассматривает несколько отдельных форм движения материи и несколько типов взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное)

А. Эйнштейн (1879-1955)

Смена картин мира происходила по принципу соответствия. Раскройте научно-философское содержание этого принципа

Принцип соответствия представляет собой конкретное выражение в физике диалектики соотношения абсолютной и относительной истин. Каждая физическая теория - ступенька познания - является относительной истиной. Смена физических теорий - это процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда полностью завершен из-за бесконечной сложности, бесконечного разнообразия окружающего нас мира. Одновременно принцип соответствия выражает объективную ценность физических теорий. Новые теории не отрицают старых именно потому, что старые теории с определенной степенью приближения отражают объективные закономерности природы.

Основой ньютоновской картины мира стал детерминизм («жёсткий детерминизм». Приведите его определение.

Термин "детерминация" происходит от латинского "determinare", означающего "определять", "отделять", "отграничивать", и в этом смысле он обозначал операцию определения предмета через выявление и фиксацию его признаков, отделяющих один предмет от другого. Детерминизм — это учение о всеобщей обусловленности объективных явлений. В основе такого представления о мире лежит универсальная взаимосвязь всех явлений, которая, с одной стороны, является проявлением единства мира и способом его реализации, а с другой — следствием и предпосылкой универсального характера развития.

Электромагнетизм ввёл в науку понятие поля. Приведите его определение и несколько характеристик поля.

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости. Магнитное поле изображается силовыми линиями, касательные к которым совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле Магнитное поле плоского магнита Таким образом, магнитные стрелки как бы являются пробными элементами для магнитного поля. За положительное направление магнитного поля условно принимают направление северного полюса магнитной стрелки. Можно утверждать, что магнитное поле и электрический ток — взаимосвязанные явления.

Релятивизм основывается на теориях относительности. Приведите пример и краткую характеристику этих теорий

Под релятивистскими эффектами в теории относительности понимают изменения пространственно-временных характеристик тел при скоростях, соизмеримых со скоростью света. В качестве примера обычно рассматривается космический корабль типа фотонной ракеты, который летит в космосе со скоростью, соизмеримой со скоростью света. При этом неподвижный наблюдатель может заметить три релятивистских эффекта: 1.Увеличение массы по сравнению с массой покоя. С ростом скорости растет и масса. Если бы тело могло двигаться со скоростью света, то его масса возросла бы до бесконечности, что невозможно. Эйнштейн доказал, что масса тела есть мера содержащейся в ней энергии (E= mc²). Сообщить телу бесконечную энергию невозможно. 2.Сокращение линейных размеров тела в направлении его движения. Чем больше будет скорость космического корабля, пролетающего мимо неподвижного наблюдателя, и чем ближе она будет к скорости света, тем меньше будут размеры этого корабля для неподвижного наблюдателя. При достижении кораблем скорости света его наблюдаемая длина будет равна нулю, чего быть не может. На самом же корабле космонавты этих изменений не будут наблюдать. 3. Замедление времени. В космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света, время течет медленнее, чем у неподвижного наблюдателя.

Задание 6.Для всех научных картин мира характерен редукционизм как способ объяснения сложных явлений и объектов реальности. Воспользуйтесь рисунком и пояснительным текстом для выполнения задания

Задание 1. Приведите определение редукционизма или принципа редукции.

методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым

2. Рассмотрите рисунок и определите целый объект и его составные части.

1. Целое –атом, вирус, молекула, нуклон, кварк

2. Составные части –ядро, ДНК, атом, протон, фундаментальная частица

3. Приведите пример редукции в гуманитарной сфере

совершенно очевидно в гуманитарном знании, где смысл любого понятия и даже высказывания определяется его контекстом. Знаменательный пример тому приводит В.Гейзенберг в своей книге «Часть и целое». Он вспоминает, как однажды они гуляли с Н.Бором и тот обратил его внимание на замок Эльсинор. В.Гейзенберг не проявил к нему никакого интереса. Однако, когда Н.Бор сказал, что именно этот замок был описан У.Шекспиром в «Гамлете», отношение В.Гейзенберга к этому замку резко изменилось.

Задание 7. Механи́ческим движе́нием тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. При этом тела взаимодействуют по законам механики. Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учёта причин, его вызывающих, называется кинематикой В более общем значении движением называется любое пространственное или временное изменение состояния физической системы. Например, можно говорить о движении волны в среде. Классическая механика Ньютона лежит в основе классической механики. В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Основу механики Ньютона составляют закон инерции Галилея, два закона открытые Ньютоном, принцип дальнодействия и закон Всемирного тяготения, открытый также Исааком Ньютоном. 1. Согласно сформулированному Галилеем закону инерции, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния. Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции 2. Этот закон устанавливает связь между массой тела, силой и ускорением. Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки (тела) Второй закон справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон можно получить из второго. 3. Устанавливает связь между силой действия и силой противодействия. Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки. 4. В качестве IV закона выступает закон всемирного тяготения. Два любых тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел. Используйте этот пояснительный текст для выполнения задания

Задание: 1. Приведите определения основным положениям и понятиям динамики

1. Тело:материальная точка

2. Инерция Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью или инерцией

3. Инерциальная система:всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки

4. Дальнодействие: Два любых тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел

5. Масса: физическая величина, одна из важнейших величин в физике

2. Материальный мир в динамике представлен только телами. Какие изменения в отношении материального мира произошли в последующих картинах мира?

Материя в электромагнитной картине мира: электромагнитное поле

Материя в релятивистской картине мира: атомы и молекулы

Задание 8.Взаимодействие в материальном мире рассматривалось разными научными картинами мира. Современная картина мира выделяет четыре типа фундаментальных взаимодействий. На рисунке приведена иллюстрация сильного взаимодействия. В пояснительном тексте и сводной таблице бозонов дана краткая характеристика электромагнитного взаимодействия и бозонов-переносчиков других типов взаимодействий

Рис 1. Модель взаимодействия между частицами Рис 2. Проекция адронного коллайдера в Церне на местность

Электромагнитное взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля – см. модель на рис 1). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, а значит, не может непосредственно взаимодействовать с другими фотонами. Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-частица (из фермионов), а также заряженые калибровочные

бозоны. Другие виды взаимодействия переносятся частицами, реальность которых предстоит доказать после экспериментов с адронным коллайдером в Церне (Швейцария). ОН предназначен для изучения внутренних взаимодействий в адронах – самых тяжёлых частицах. Эта огромная экспериментальная установка (см. рис 2) предназначена для сталкивания адронов и изучения образующихся в результате столкновения бозонов (см. табл. ниже) и других частиц.

Это список фундаментальных бозонов в физике элементарных частиц- переносчиков слабого, электромагнитного, сильного и гравитационного взаимодействий

Частица	Символ	Масса, ГэВ/c ²	Спин	Время жизни, c	Пример распада	Электрический заряд, e
W-бозон	W^±	80,398±0,025		3•10⁻²⁵	e^±+ν_e^±	±1
Z-бозон	Z⁰	91,1876±0,0021		3•10⁻²⁵	e⁺+e⁻
Фотон	γ	0 (<6×10⁻²⁶)		стабилен		0 (<10⁻³²)
Глюон	g	0 (< нескольких МэВ)		передатчик сильного взаимодействия
Гравитон	G	0 (<7×10⁻²³)		гипотетическая частица
Бозон Хиггса	H⁰	> 114		гипотетическая частица	e⁺+e⁻+e⁺+e⁻
X-бозон	X	≈ 10¹⁵		гипотетическая частица	u + u → X → e⁺ + d^-	+4/3
Y-бозон	Y	≈ 10¹⁵		гипотетическая частица	u + d → Y → ν_e^- + d^-	+1/3

Задание: 1. В современной картине мира признаны четыре типа взаимодействия. Перечислите их с приведением краткой характеристики от самого сильного к самому слабому типу:

1.гравитация – сила всемирного тяготения

2.слабое – фундаментальное взаимодействие

3.электромагнитное – взаимодействие между частицами

4.сильное – на уровне ядра (атома)

2. В пояснительном тексте упомянуты частицы-переносчики взаимодействий. Приведите пример частицы-переносчика для каждого типа взаимодействий из списка, составленного выше.

1. гравитон

2.бозон

3.фотон

4.глюон

Задание 9. Слабое взаимодействие проявляется в микромире. Оно характерно для некоторых физических процессов. Рассмотрите рисунок и познакомьтесь с пояснительным текстом.

На рисунке приведен процесс распада, характерный для неустойчивых атомов (например, изотопов). При этом происходи излучение в пространство частиц, образующих атомную структуру. Используйте это замечание и рисунок для выполнения задания

Задание: 1. Дайте определение некоторым упомянутым в тексте понятиям:

1. Распад: спонтанное изменение состава или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путем испускания элементарных частиц

2. Излучение: потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов.

3. Изотоп: разновидность атомов какого либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа.

2. Приведите примеры слабого излучения в макромире, где объекты соизмеримы с человеком

Солнечный свет

Задание 10. Современное естествознание является продолжением науки прошлого. Однако в его структуре происходят изменения. Определите науки, которые продолжают составлять фундамент естествознания, частные науки и интегральные научные направления

1. Фундаментальные науки в составе естествознания: Физика, химия, астрономия.

2.Частные науки в составе естествознания: Физика металлов, металловедение

3. Дайте определение дифференциации наук: Это выделение еще более мелких областей научного знания. К примеру, биологическая наука зоология включает в себя орнитологию, энтомологию, герпетологию, этологию, ихтиологию и т.д. Орнитология – наука, изучающая птиц, энтомология – насекомых, герпетология – пресмыкающихся. Этология – наука о поведении животных, ихтиология изучает рыб.

4. Поясните, что означает интеграция наук как будущее гуманитарной и естественнонаучной сфер знания: современное естествознание представляет собой обширный развивающийся комплекс наук о природе, характеризующийся одновременно идущими процессами научной дифференциации и создания синтетических дисциплин и ориентированный на интеграцию научных знаний.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: