А. Ф. Лихин КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ УЧЕБНИК ДЛЯ БАКАЛАВРОВ Москва 2015 УДК 50(075.8) ББК 20я73 Л65 Лихин А. Ф. <...> Эта формула выражает объективный факт связи массы материального тела и сконцентрированной в нем энергии. <...> Например, при движении материального тела со скоростью су щественно меньше скорости света (300 000 км/с) справедлива классическая механика. <...> На пример, для того чтобы понять закономерности теплового излуче ния, классическая термодинамика использовала понятие абсо лютно черного тела, которое полностью поглощает падающее на него световое излучение. <...> Однако на развитие естествознания оказывают существенное влияние гуманитарные и технические науки. <...> ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Основные понятия: классическая, неклассическая и постнеклассическая наука, естественнонаучная картина мира, развитие науки до эпохи Нового времени, развитие науки в России 1.3.1. <...> Классическая, неклассическая и постнеклассическая наука Исследователи, изучающие науку в целом, выделяют три фор мыисторического развития науки: классическую, неклассическую и постнеклассическую науку. <...> Классической наукой называют науку до начала XX в., имея в виду научные идеалы, задачи науки и понимание научного мето да, характерные для науки до начала прошлого века. <...> Теория относительности и квантовая механика являются базовыми тео риями неклассической науки. <...> Наука как сфера человеческой деятельности и ее особенности В неклассической науке вероятностный характер прогноза объясняет вероятностной природой самих объектов исследования (корпускулярноволновой природой объектов микромира). <...> Постнеклассическая наука имеет дело с объектами, прогноз поведения которых с некоторого момента становится невозмож ным, т. е. в этот момент происходит действие случайного фактора. <...> Он же создал первый каталог звезд, включил в него 870 ярких звезд и описал по явление «новой звезды» в системе ранее <...>
Концепции_современного_естествознания.pdf
УДК 50(075.8)
ББК 20ÿ73
Ë65
Электронные версии книг
на сайте www.prospekt.org
Лихин À. Ô.
Концепции современного естествознания: учебник для
Ë65 бакалавров. —Ìîñêâà : Ïðîñïåêò, 2015. — 264 ñ.
ISBN 978-5-392-16330-4
В учебнике рассмотрены основные концепции современного естествознания,
учебный материал которого соответствует государственному образовательному
стандарту (программе) по учебной дисциплине «Концепции современного
естествознания» для студентов юридических специальностей.
Предназначен для студентов юридических вузов.
УДК 50(075.8)
ББК 20ÿ73
Учебное издание
Лихин Александр Федорович
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебник для бакалавров
Оригинал-макет подготовлен компанией ООО «Оригинал-макет»
www.o-maket.ru; òåë.: (495) 726-18-84.
Санитарно-эпидемиологическое заключение
¹ 77.99.60.953.Ä.004173.04.09 от 17.04.2009 ã.
Подписано в печать 01.09.2014. Формат 60 ƀ 901/16.
Печать öèôðîâàÿ. Ïå÷. ë. 16,5. Тираж 100 ýêç. Заказ ¹
ООО «Проспект»
111020, ã. Ìîñêâà, óë. Áîðîâàÿ, ä. 7, ñòð. 4.
ISBN 978-5-392-16330-4
© À. Ô. Ëèõèí, 2005
© ООО «Ïðîñïåêò», 2011
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Раздел 1
НАУКА КАК СФЕРА ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ
Глава 1.1. НАУКА И ЕЕ РОЛЬ В ОБЩЕСТВЕ
1.1.1. Наука — это сфера человеческой деятельности, направ
ленная на создание, производство объективных знаний
о самом человеке и окружающем его мире (природа, Все
ленная в целом) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.2. Главные черты научных знаний . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.3. Роль науки в обществе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.4. Дискуссия о роли науки в развитии культуры . . . . . . 11
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 12
Глава 1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ НАУК
1.2.1. Критерии классификации наук . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.2. Классификация наук по предмету исследования . . . . 13
1.2.3. Теоретические и эмпирические науки . . . . . . . . . . . 15
1.2.4. Фундаментальные и прикладные науки . . . . . . . . . . 16
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 18
Глава 1.3. ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
1.3.1. Классическая, неклассическая и постнеклассическая
наука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2. Понятие естественнонаучной картины мира . . . . . . 20
1.3.3. Античная наука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.4. РазвитиенаукивпериодСредневековья(V—XIV вв. н. э.) 26
1.3.5. Возрождение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.6. Новое время — эпоха создания естествознания
(XVII — XVIII вв. н. э.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.7. Развитие естествознания и науки в России . . . . . . . . 33
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 38
Стр.258
Содержание
259
Paздел 2
КОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОЙ НАУКИ
Глава 2.1. МЕХАНИЧЕСКАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
2.1.1. Понятие детерминизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.2. Физика и классическая механика . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3. Механика Галилея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.1.4. Физическая теория И. Ньютона . . . . . . . . . . . . . . 45
2.1.5. Содержательные допущения и следствия механики Гали
лея — Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1.6. Механическая картина мира . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 52
Глава 2.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА
2.2.1. Классическая электродинамика . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2.2. Кратко об истории изучения магнетизма . . . . . . . . . 53
2.2.3. Исследование электрической силы . . . . . . . . . . . . 57
2.2.4. Понятие физического поля . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.5. Теория электромагнитных сил Д. Максвелла . . . . . . 60
2.2.6. Электромагнитная картина мира . . . . . . . . . . . . . . 61
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 64
Глава 2.3. КЛАССИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ЭНЕРГИИ И ВРЕМЕНИ
2.3.1. Классическая термодинамика . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3.2. Энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.3.3. Законы классической термодинамики . . . . . . . . . . 70
2.3.4. Энтропия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.3.5. Основные следствия термодинамики XIX в. . . . . . . . 74
2.3.6. «Тепловая смерть» Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . 75
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 77
Раздел 3
КОНЦЕПЦИИ НЕКЛАССИЧЕСКОЙ НАУКИ
Глава 3.1. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
3.1.1. Альберт Эйнштейн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.1.2. Опыт Морли — Майкельсона . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.1.3. Преобразования Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.1.4. Специальная теория относительности (СТО) . . . . . . 83
Стр.259
260
Содержание
3.1.5. Релятивистская механика . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.1.6. Математическая теория пространства . . . . . . . . . . . 85
3.1.7. Геометрия Б. Римана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.1.8. ОТО основывается на двух принципах или постулатах . 92
3.1.9. Следствия ОТО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 96
Глава 3.2. СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ О ФИЗИЧЕСКОЙ
РЕАЛЬНОСТИ И СИЛАХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРИРОДЕ
3.2.1. Сегодня известно пять сил физического взаимодействия 97
3.2.2. Гипотеза М. Планка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.2.3. Квантовая механика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.2.4. Современная квантовая теория . . . . . . . . . . . . . . 111
3.2.5. Открытие протона и нейтрона привело к созданию
протоннонейтронной модели атома . . . . . . . . . . . 114
3.2.6. Что объяснила протоннонейтронная модель атома . . 117
3.2.7. Модели объяснения сил физического взаимодействия
в атоме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 127
Глава 3.3. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ
ВСЕЛЕННОЙ
3.3.1. Модели и концепции происхождения Вселенной . . . . 128
3.3.2. Нерелятивистские модели эволюции Вселенной класси
ческой науки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3.3. Релятивистские модели Вселенной . . . . . . . . . . . . 137
3.3.4. Модель «Самосогласованной космологии»
постнеклассической науки . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 150
Раздел 4
ПРОБЛЕМЫ И КОНЦЕПЦИИ ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОЙ НАУКИ
Глава 4.1. СОВРЕМЕННАЯ АСТРОНОМИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ
ВСЕЛЕННОЙ
4.1.1. Галактика Млечный Путь . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1.2. Звезды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Стр.260
Содержание
261
4.1.3. Солнечная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 173
Глава 4.2. БИОСФЕРА, КЛИМАТ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
4.2.1. Планета Земля — третья планета Солнечной системы . 174
4.2.2. Концепцииитеории происхожденияиэволюцииЗемли 181
4.2.3. Теория литосферных плит . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
4.2.4. Гипотезы образования Земли . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4.2.5. Концепция происхождения Луны . . . . . . . . . . . . . 188
4.2.6. Климат Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 191
Глава 4.3. ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ОСОБЕННОСТИ
4.3.1. Наукой о живых системах является биология . . . . . . 192
4.3.2. Уровни организационной сложности живых систем . . 193
4.3.3. Единство химического состава всего живого . . . . . . . 194
4.3.4. Единство органического строения . . . . . . . . . . . . . 196
4.3.5. Клеточное строение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4.3.6. Существенные свойства деления клеток организмов . . 207
4.3.7. Генетика и геном человека . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.3.8. Клонирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4.3.9. Определение жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 221
Глава 4.4. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
И ЧЕЛОВЕКА
4.4.1. Концепции происхождения жизни . . . . . . . . . . . . 222
4.4.2. Концепции биологической эволюции . . . . . . . . . . 232
4.4.3. Антропогенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 243
Глава 4.5. ЧЕЛОВЕК, ЕГО БУДУЩЕЕ В СВЕТЕ ДОСТИЖЕНИЙ
СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
4.5.1. О прогнозах развития естествознания . . . . . . . . . . . 244
4.5.2. Нанотехнология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.5.3. Исследование человеческого мозга . . . . . . . . . . . . 247
Стр.261
262
Содержание
4.5.4. Генетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
4.5.5. Долголетие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
4.5.6. Биоэтика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
4.5.7. Энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.5.8. Направления изучения происхождения жизни . . . . . 254
4.5.9. Правовые аспекты развития естествознания в XXI в. . . 254
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Вопросы для самопроверки и семинаров . . . . . . . . . . . . . . . 256
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Стр.262