Реферат по "Концепции современного естествознания"

  Не  имея непосредственного отношения  к реальности, математика не только описывает эту реальность, но и  позволяет, как в уравнениях Максвелла, делать новые интересные и неожиданные  выводы о реальности из теории, которая  представлена в математической форме. Как же объяснить непостижимую истинность математики и ее пригодность для естествознания? Может все дело в том, что «механизм математического творчества, например, не отличается существенно от механизма какого бы то ни было иного творчества». Или более пригодны более сложные, системные объяснения?

  По  мнению некоторых методологов, законы природы не сводятся к написанным на бумаге математическим соотношениям. Их надо понимать как любой вид  организованности идеальных прообразов вещей, или пси-функций. 
Есть три вида организованности: простейший — числовые соотношения; более сложный — ритмика 1-го порядка, изучаемая математической теорией групп; самый сложный — ритмика 2-го порядка — «слово». Два первых вида организованности наполняют Вселенную мерой и гармонией, третий — смыслом. В рамках этого объяснения математика занимает свое особое место в познании.

  Так или иначе, подобные методологические разработки тесно связаны с дискуссиями  по основаниям математики и перспективам ее развития, сводящимися к следующим  основным темам: 1) как математика соотносится с миром и дает возможность познавать его; 2) какой способ познания преобладает в математике — дискурсивный или интуитивный;

  3) как устанавливаются математические  истины — путем конвенции,  как полагал Пуанкаре, или с помощью более объективных критериев.      
 
 
 

Заключение       

       «Книга природы написана на языке математики», - утверждал Г. Галилей.      «В каждом знании столько истины, сколько есть математики», - вторил ему И. Кант.

     Математика  играет роль универсального языка, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений. Конечно, все, что можно описать языком математики, поддается выражению на обычном языке, но тогда изъяснение может оказаться чересчур длинным и запутанным;

     математика служит источником моделей, алгоритмических схем для отображения связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания. С одной стороны, любая математическая схема или модель - это упрощающая идеализация исследуемого объекта или явления, а с другой - упрощение позволяет ясно и однозначно выявить суть объекта или явления.

     Поскольку в математических формулах и уравнениях отражены некие общие свойства реального  мира, они повторяются в разных его областях. На этом свойстве построен такой своеобразный метод естественно-научного познания, как математическая гипотеза, когда к готовым математическим формам пытаются подобрать конкретное содержание. Для этого в подходящее уравнение из смежных областей науки подставляют величины другой природы, а затем производят проверку на совпадение с характеристиками исследуемого объекта. Эвристические возможности этого метода достаточно велики. Так, с его помощью были описаны основные законы квантовой механики: Э. Шрёдингер, приняв волновую гипотезу движения элементарных частиц, нашел уравнение, которое формально не отличается от уравнения классической физики колебаний нагруженной струны, дал его членам совершенно иную интерпретацию (квантово-механическую). Это позволило Шрёдингеру получить волновой вариант квантовой механики.

     Приложения  математики весьма разнообразны. По мнению акад. А.Н. Колмогорова, область применения математического метода принципиально  не ограничена . В то же время роль и значение математического метода в различных отраслях естествознания неодинаковы. Дело в том, что математические методы применимы для объектов и явлений, обладающих качественной однородностью и вследствие этого количественно и структурно сравнимых. Именно со сложностью выявления качественной однородности групп объектов и явлений связана трудность получения математических формул и уравнений для объектов естествознания. Чем более сложными и качественно различными являются природные объекты и явления, тем труднее их сравнивать количественно, т.е. тем труднее они поддаются математизации.

     Математический  метод полностью господствует в  небесной механике, в частности в  учении о движении планет. Имеющий  очень простое математическое выражение  закон всемирного тяготения почти  полностью определяет изучаемый  здесь круг явлений. Каждый результат, полученный на основе математического метода, с высокой точностью подтверждается в действительности.

     В физике тоже велика роль математического  метода. Почти не существует области  физики, не требующей употребления развитого математического аппарата. Основная трудность исследования заключается не в применении математической теории, а в выборе предпосылок для математической обработки и в истолковании результатов, полученных математическим путем.

     В химии для исследования закономерностей  также широко используются математические методы. Это возможно потому, что  при всем различии свойств химических элементов все они обладают и  общей характеристикой - атомным  весом. Сравнение элементов по этому  признаку позволило Д.И. Менделееву построить Периодическую систему элементов. На выделении общих свойств химических веществ и соединений обычно и основывается применение математических методов в химии.

     В биологических науках и науках о  Земле математические методы часто играют подчиненную роль вследствие множества специфических свойств изучаемых здесь систем. Это затрудняет поиски качественной однородности среди них и соответственно математизацию этих наук. Однако и здесь есть высокоматематизированные отрасли, опирающиеся на изучение физических основ природных явлений (геофизика, биофизика и т.д.).

     Таким образом, роль математизации в современном  естествознании очень велика, и нередко  новая теоретическая интерпретация  какого-либо явления в естествознании считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные его закономерности. Однако не следует думать, что все естествознание в итоге будет сведено к математике. Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем - лишь одна из сторон развития научного знания, а естествознание развивается прежде всего как содержательное знание. Не удается формализовать сам процесс выдвижения, обоснования и опровержения гипотез, научную интуицию. Глубина объяснения и достоверность предсказания зависят в первую очередь от тех конкретных посылок, на которые они опираются, и математизация не может восполнить пробел в отсутствии такого рода посылок. Знаменитый естествоиспытатель Т. Гексли говорил, что математика, подобно жернову, перемалывает то, что под него засыпают, и, как, засыпав лебеду, вы не получите пшеничной муки, так, исписав целые страницы формулами, вы не получите истины из ложных предположений. А по мнению известного математика акад. Ю.А. Митропольского, применение математики к другим наукам имеет смысл только в единении с глубокой теорией конкретного явления, иначе можно сбиться на простую игру в которой нет реального содержания. 

     Глава II. Важнейшие особенности современной химии

     1.В химии, прежде всего в физической химии, появляются многочисленные самостоятельные научные дисциплины (химическая термодинамика, химическая кинетика, электрохимия, термохимия, радиационная химия, фотохимия, плазмохимия, лазерная химия).

      2. Химия активно интегрируется с остальными науками, результатом чего было появление биохимии, молекулярной биологии, космохимии, геохимии, биогеохимии. Первые изучают химические процессы в живых организмах, геохимия - закономерности поведения химических элементов в земной коре.

     Биогеохимия - это наука о процессах перемещения, распределения, рассеяния и концентрации химических элементов в биосфере при участии организмов. Основоположником биогеохимии является В. И. Вернадский.

     Космохимия изучает химический состав вещества во Вселенной, его распространенность и распределение по отдельным космическим телам.

       3. В химии появляются принципиально новые методы исследования (рентгеновский структурный анализ, масс-спектроскопия, радиоспектроскопия и др.)?

     Химия способствовала интенсивному развитию некоторых направлений человеческой деятельности. Например, хирургии химия дала три главных средства, благодаря которым современные операции стали безболезненными и вообще возможными:

      1) введение в практику эфирного наркоза, а затем и других наркотических веществ;

      2) использование антисептических средств для предупреждения инфекции;

      3) получение новых, не имеющихся в природе аллопластических материалов-полимеров.

            В химии весьма отчетливо проявляется неравноценность отдельных химических элементов. Подавляющее большинство химических соединений (96% из более 8,5 тыс. известных в настоящее время) - это органические соединения. В их основе лежат 18 элементов (наибольшее распространение имеют всего 6 из них).

     Это происходит в силу того, что, во-первых, химические связи прочны (энергоемки) и, во-вторых, они еще и лабильны. Углерод как никакой другой элемент отвечает всем этим требованиям энергоемкости и лабильности связей. Он совмещает в себе химические противоположности, реализуя их единство.

                Однако подчеркнем, что материальная основа жизни не сводится ни к каким, даже самым сложным, химическим образованиям. Она не просто агрегат определенного химического состава, но одновременно и структура, имеющая функции и осуществляющая процессы. Поэтому невозможно дать жизни только функциональное определение.

          В последнее время химия все чаще предпринимает штурм соседних с нею уровней структурной организации природы. Например, химия все более и более вторгается в биологию, пытаясь объяснить основы жизни.

     В развитии химии происходит не смена, а строго закономерное, последовательное появление концептуальных систем. При этом вновь появляющаяся система опирается на предыдущую и включает ее в себя в преобразованном виде. Таким образом, появляется система химии - единая целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не отдельно друг от друга, а в тесной взаимосвязи, дополняют друг друга и объединяются в концептуальные системы знаний, которые находятся между собой в отношениях иерархии. 

  2.1. Химические элементы. Состав вещества и химические системы

      Для определения свойств вещества необходимо установить состав вещества, т.е. из каких элементов оно состоит. Свойства простых веществ и химических соединений зависят от их носителей, которые называют элементами.

    В современном представлении химические элементы представляют собой разновидности изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающимися по массе. Здесь мы видим аналогию с концепцией атомизма. Т.е. свойства вещества зависят от его мельчайших составных частей — атомов. Но это первый концептуальный уровень исследования химических свойств веществ.

     Второй уровень связан с изучением структуры вещества, т.е. взаимодействия элементов. (Например, химический элемент углерод может существовать как алмаз и как графит.) Третий уровень исследований химических веществ — исследование внутренних условий протекания химических процессов (температура, давление, скорость реакции и т.д.).

       Великая заслуга Менделеева состоит в том, что открыв периодический закон, он заложил фундамент для научных химических знаний. Он показал, что химические св-ва находятся в периодической зависимости от атомного веса.

       Дальнейшее развитие науки позволило уточнить эту зависимость от атомного номера, определяемого зарядом ядра. Наука позволила определить различие между химической смесью и химическим соединением, которое должно обладать постоянным составом, в отличие от смеси. Наименьшей частицей, обладающей свойствами какого-либо вещества являются молекулы. Например молекула простого вещества кислорода О2 образована из двух атомов и имеет все свойства кислорода как химического вещества (атомы кислорода имеют несколько другие св-ва). Каким бы путем любое вещество не было получено, оно имеет постоянные св-ва. Долгое время закон постоянства химического состава казался истиной, но потом были открыты химические соединения переменного состава в форме растворов и сплавов. Это и соединения полученные в разных условиях. Это связано с характером связей атомов в молекулах. К молекулам можно отнести различные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и др. макромолекулы) Таким образом химическое соединение — это не только сложное вещество, состоящее из нескольких элементов, но оно может состоять и из одного элемента.