Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

Одной из первых классификаций в естествознании явилась классификация растительного и животного мира выдающегося шведского натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Для представителей живой природы он установил определенную градацию: класс, отряд, род, вид, вариация. 

 

5. Формы научного  знания 

К формам научного знания относят проблемы, научные факты, гипотезы, теории, идеи, принципы, категории и законы (см. рис.4).

Факт, как явление действительности, становится научным фактом, если он прошел строгую проверку на истинность. Факты - это наиболее надежные аргументы как для доказательства, так и для опровержения каких-либо теоретических утверждений. И.П. Павлов называл факты «воздухом ученого». Однако при этом надо брать не отдельные факты, а всю, без исключения, совокупность фактов, относящихся к рассматриваемому вопросу. В противном случае возникает подозрение, что факты подобраны произвольно.

Научные проблемы - это осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний недостаточно. Ее можно определить и как «знание о незнании».  

 

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

Рис.4  

Научная гипотеза - такое предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказано, но которое выдвигается не произвольно, а при соблюдении ряда требований, к которым относятся следующие.

1.     Отсутствие противоречий. Основные положение предлагаемой гипотезы не должны противоречить известным и проверенным фактам. (При этом следует учитывать, что бывают и ложные факты, которые сами нуждаются в проверке).

2.     Соответствие  новой гипотезы надежно установленным теориям. Так, после открытия закона сохранения и превращения энергии все новые предложения о создании «вечного двигателя» более не рассматриваются.

3.     Доступность выдвигаемой гипотезы экспериментальной проверке, хотя бы в принципе (см. ниже - принцип верифицируемости).

4.     Максимальная простота гипотезы.  

 

Категории науки - это наиболее общие понятия теории, характеризующие существенные свойства объекта теории, предметов и явлений объективного мира. Например, важнейшими категориями являются материя, пространство, время, движение, причинность, качество, количество, причинность и.т.п.

Законы науки отражают существенные связи явлений в форме теоретических утверждений. Принципы и законы выражаются через соотношение двух и более категорий.

Научные принципы - наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. Научные принципы играют роль исходных, первичных посылок и закладываются в фундамент создаваемых теорий. Содержание принципов раскрываются в совокупности законов и категорий.

Научные концепции - наиболее общие и важные фундаментальные положения теорий.

Научная теория - это систематизированные знания в их совокупности. Научные теории объясняют множество накопленных научных фактов и описывают определенный фрагмент реальности (например, электрические явления, механическое движение, превращение веществ, эволюцию видов и т.п.) посредством системы законов.

Главное отличие теории от гипотезы - достоверность, доказанность. сам термин теория имеет множество смыслов.] Теория в строго научном смысле- это система уже подтвержденного знания, всесторонне раскрывающая структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов, сторон и теорий.

Различают три вида теорий.

1. Описательные  теории. Описательные теории носят качественный характер. Они выделяют исследуемую группу явлений или объектов, формулируют на основе научных данных общие закономерности, но корректировка доказательств и логический анализ не проводятся. К таким теориям относятся первые теории электричества и магнетизма, филиологическая теория Павлова, теория Дарвина, современные психологические теории.

2. Научные теории. В этих теориях с помощью математических моделей конструируется идеальный объект, представляющий и замещающий реальный объект. Обычно такие теории основываются на нескольких аксиомах  и гипотезах. Следствия из теории проверяются экспериментально. Примером являются современные физические теории, для которых характерна логика и строгий математический аппарат.

3. Дедуктивные  теории. В дедуктивных теориях формулируется основная аксиома, а затем добавляются положения, выведенные из основной аксиомы путем строгой логики. Пример: «Начала» Евклида.

Новые теории создаются в соответствии с некоторым образцом парадигмой.

Научная теория должна выполнять две важнейшие функции, первой из которых является объяснение фактов, а вторая - предсказание новых, еще неизвестных фактов и характеризующих их закономерностей.

Научная теория - одна из наиболее устойчивых форм научного знания, но и они претерпевают изменения вслед за накоплением новых фактов. Когда изменения затрагивают фундаментальные принципы теории, происходит переход к новым принципам, а, следовательно, к новой теории. Изменения же в наиболее общих теориях, приводят к качественным изменениям всей системы теоретического знания. в результате чего происходят глобальные естественнонаучные революции и меняется научная картина мира.

Научная картина мира - это система научных теорий, описывающая реальность. Подробнее о научных картинах мира, их эволюции будет сказано в следующей лекции. 

 

6. Процесс научного  познания 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

Рис.5

Определив формы научного знания и методы научного познания, мы можем схематично представить весь процесс научного познания в виде некоторой схемы (см. рис. 5). 

7. Критерии истинности  научного знания

В настоящее время,  в силу ряда объективных причин в мире оказались весьма сильны антинаучные  тенденции,  представляющие собой  заявку на понятное всем, четкое  миропонимание, отличное от того, которое дает классическое естествознание. При этом в общественном сознании размывается грань между наукой и псевдонаукой, наукой и мистикой. В этих условиях  важно знать критерии разграничения научных и псевдонаучных идей. На схеме рис. 6 даны принципы, справедливые для научных теорий, научного знания, которые отличают научное знание от псевдонаучного.  

 

Рис.6

 

 

 2 Вопрос № 25 .Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Как рассматривают принципы дополнительности и соотношения неопределенностей двойственность объектов микромира?

Корпускулярно-волновой дуализм — представления о двуединстве материального мира, в котором все объекты обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Впервые такой дуализм был обнаружен при исследованиях света, ведущего себя, в зависимости от условий эксперимента, то как электромагнитная волна (оптика), то как дискретная частица (химическое действие света). Первое время учёным казалось, что представление о свете, как о электромагнитной волне, и как о потоке частиц, исключают друг друга. Постепенно осознание реальности дуализма материи стало привычным. В настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет преимущественно исторический интерес, так как она служила способом описать сложное поведение квантовых объектов, находя ему аналогии из области классической физики. В действительности квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в определённых экспериментах, описание которых проводится в определённом приближении.

2.1Принцип  неопределенности Гейзенберга        

В физике микромира известно соотношение неопределенностей Гейзенберга, сущность которого сводится к следующему.  Допустим,  что нам надо  определить состояние движущейся частицы. В соответствии с законами классической механики ситуация была бы тривиально простой: следовало лишь определить координаты частицы и ее импульс (количество движения).    

   Но законы классической механики для микрочастиц применяться не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно.          

 В  классической механике состояние  материальной точки (классической  частицы) определяется заданием  значений координат, импульса, энергии  и т.д.   Но информация о микрочастицах может быть получена путем наблюдения их взаимодействия с приборами, представляющими собой макроскопические тела. Поэтому результаты измерений, естественно, выражаются в терминах, разработанных для характеристики макротел а затем таким образом  измеренные значения приписываются микрочастицам.

 

           Своеобразие свойств микрочастиц проявляется в том, что не для всех переменных получаются при измерениях определенные значения. Так, например, электрон (и любая другая микрочастица) не может иметь одновременно точные значения координаты х и импульса р. Неопределенности координат и импульса удовлетворяют соотношению В. Гейзенберга (1927):                               

                                      

где   и   - неопределенности значений х и р, являющиеся среднеквадратичными отклонениями.  

 Этот  принцип утверждает, что если  частица локализована в пространстве  со среднеквадратичным отклонением  , то ее импульс может принимать значения, находящиеся в пределах «ширины»  . Физический смысл принципа неопределенности состоит в том, что невозможно одновременно определить значения координаты и импульса частицы.     

В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг пишет, что никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра - координату и  скорость. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.        

 С  точки зрения классической механики, соотношение неопределенностей представляется абсурдом. Но вот  трактуются эти экспериментальные факты не совсем корректно. Вместо того, чтобы понять, что корпускулярно -волновой дуализм отражает более фундаментальную природу вещей микромира, в учебниках приводятся  интерпретации о том,   что для лучшей оценки  создавшегося положение, нужно иметь в виду, что мы, люди, живем в макромире и в принципе не можем построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру, что Соотношение  

неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Другими словами, решая проблему  познаваем ли мегамир, мы уже принципиально закрываем себе  такой   трактовкой  дорогу в микромир.      

Но, тем не менее,  утверждается, что  любая попытка дать четкую картину микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измерение проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, направленных на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в частности, при прохождении электронов через тонкие пластинки или при наблюдении отклонения лучей.

2.3 Принцип дополнительности Бора      

Фундаментальным принципом квантовой механики наряду с соотношением неопределенностей является принцип дополнительности которому Н. Бор дал следующую формулировку:     

«Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».      

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других - подобно частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. М. Борн образно заметил, что волны и частицы - это «проекции» физической реальности на экспериментальную ситуацию.     

Ученый, исследующий микромир, превращается, таким образом, из наблюдателя в действующее лицо, поскольку физическая реальность зависит от прибора, т.е. в конечном счете от произвола наблюдателя. Поэтому Н. Бор и считал, что физик познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней.       

 В физике микромира  имеются и другие соотношения, аналогичные вышеприведенному, например, для энергии и времени                                                     

    

 Это соотношение означает, что  определение энергии с заданной точностью  в данный  момент времени должно занять определенный интервал, определяемый данным выражением. Соотношения неопределенности указывают, в какой мере можно пользоваться понятиями классической механики применительно к микрочастицам. Отметим, что подобные соотношения будут справедливы и для соотношений координат частиц и их скоростью