Научный метод познания природы ответы

Лекция 4

На этой лекции мы рассмотрим самые основные представления физики. Речь будет идти о том, как теперь мы представляем себе природу вещей. Здесь я не буду рассказывать о том, как стало известно, что эти предс­тавления правильны.

Это мы отложим до другого раза.

1. Сущность научного метода познания природы.

Предмет науки предстаёт перед нами во множестве проявлений, в обилии признаков.

Вы не найдёте в природе ничего простого, всё в ней перепутано и слито.

А наша любознательность требует найти в этом простоту, требует, чтобы мы ставили вопросы, пытались ухватить суть вещей и понять их многоликость как всевозможный итог действия сравнительно небольшого количества простейших процессов, на все лады сочетающихся между собой.

Мы постепенно пробуем проанализировать всё вокруг, связать то, что кажется несвязуемым, в надежде, что удастся уменьшить количество различных явлений и тем самым лучше их понять.

Способ получать частичные ответы на подобные вопросы был придуман ещё несколько лет назад.

Наблюдение, размышление и опыт — вот что составляет так называе­мый научный метод.

Мы ограничимся только голым описанием фундаментальных идей физи­ки, основ мировоззрения, возникшего в физике то применения научного метода.

Что значит «понять» что-либо ?

Представьте себе, что сложный строй движущихся объектов, который и есть мир, это что-то вроде гигантских шахмат, в которые играют боги, а мы следим за их игрой.

В чём правила игры — мы не знаем. Мы можем только наблюдать за игрой.

Конечно, если посмотреть подольше, то кое-какие правила можно по­нять, т.е.

Под основными физическими воззрениями, под фундаментальной физи­кой мы понимаем правила игры.

Но даже, как известно шахматистам, зная все правила можно не по­нять какого-либо хода из-за его сложности или же ограниченности нашего ума. Однако пока, отнюдь, не все правила нам известны.

Но, помимо того, что мы не знаем всех правил природы, лишь очень и очень редко нам удаётся действительно объяснить что-либо на их осно­ве.

Ведь почти все встречающиеся положения настолько сложны, что нет ни какой возможности, заглядывая в правила, проследить за планом игры, а тем более предугадать очередной ход.

Приходится поэтому ограничиваться самыми простыми правилами.

Когда мы разбираемся в них, то уже считаем, что «поняли» мир.

Но откуда мы знаем, что те правила, которые мы «ощущаем» справед­ливы на самом деле ?

Ведь мы не способны толково разобрать ход игры.

Существует, грубо говоря, три способа проверки:

1. Во-первых, мыслимы положения, когда природа устроена (или мы её устраиваем ) весьма просто, всего из нескольких частей.

Тогда можно точно предсказать всё что случится, проверив тем са­мым правила.

Например: В углу доски может оказаться всего несколько фигур, и все их движения легко представить.

2. Есть и второй, довольно неплохой, путь проверки правил:

Надо из этих правил вывести новые, более общие.

Скажем слон ходит по диагонали; значит сколько бы он не ходил он всегда окажется на поле одного цвета (напр. черного).

Значит, не вникая в детали, наши представления о движении слона всегда можно проверить по тому, останется ли он всё время на черном поле.

Конечно, не исключено, что внезапно слон окажется на белом поле: например после того как его победили, пешка прошла на последнюю гори­зонталь и превратилась в белопольного слона.

Долгое время мы располагаем правилом, которое работает повсюду, даже когда детали процесса нам не известны.

И вдруг иногда всплывает новое правило.

С точки зрения физических основ самые интересные явления происхо­дят в новых местах, там где правила не годятся, а не в тех местах где они действуют !

Так открываются новые правила.

3. Есть и третий способ убедиться, что наши представления об иг­ре правильны. Мало оправданный по существу, он, пожалуй самый мощный из всех способов.

Это путь грубых приближений.

Мы не можем знать, почему гроссмейстер пошел именно этой фигурой. но в общих чертах мы можем понимать что он, видимо собирает все фигуры для защиты короля.

Когда-то все явления природы грубо делили на классы: теплота, электричество, механика, магнетизм, свойства веществ, химические явле­ния, свет или оптика и т.д.

Цель научного метода познания природы, однако, в том, чтобы по­нять всю природу как разные стороны одной совокупности явлений.

В этом задача фундаментальной теоретической физики нынешнего дня: открыть законы, стоящие за опытом, объединить эти классы.

Исторически всегда рано или поздно удавалось слить эти классы, но проходило время, возникали новые открытия и опять вставала задача включения их в общую схему.

Вот взятые из истории примеры слияния.

Во-первых, теплоту удалось свести к механике. Чем сильнее движе­ние атомов, тем больше запас тепла системы. Выходит, что теплота, да и все температурные эффекты, могут быть поняты с помощью законов механи­ки.

Другое величественное объединение было отпраздновано, когда обна­ружилась связь между электричеством, магнетизмом и светом. Оказалось, что это различные стороны одной сущности.

Сейчас мы называем её электромагнитным полем.

А химические явления, свойства различных веществ и поведение атомных частиц объединились в квантовой химии.

Возникает естественный вопрос: будет ли возможно в конце концов всё слить воедино и обнаружить, что весь наш мир есть просто различные стороны чего-то одного ?

Здесь я хочу только показать, насколько далеко зашел процесс слияния.

Как сегодня обстоит дело с объяснением основных явлений за счет наименьшего количества принципов.

Или проще выражаясь, из чего всё состоит и сколько всего таких элементов.

Источник

Основные науки о природе

Слово «естествознание» означает знание о природе. Поскольку природа чрезвычайно многообразна, то в процессе ее познания формировались различные естественные науки: физика, химия, биология, астрономия, география, геология и многие другие. Каждая из естественных наук занимается изучением каких-то конкретных свойств природы. При обнаружении новых свойств материи появляются новые естественные науки с целью дальнейшего изучения этих свойств или, по крайней мере, новые разделы и направления в уже имеющихся естественных науках. Так сформировалась целая совокупность естественных наук. По объектам исследования их можно разделить на две большие группы: науки о живой и неживой природе. Важнейшими естественными науками о неживой природе являются : физика, химия, астрономия.

Физика – наука, которая изучает наиболее общие свойства материи и формы ее движения (механическую, тепловую, электромагнитную, атомную, ядерную). Физика имеет много видов и разделов (общая физика, теоретическая физика, экспериментальная физика, механика, молекулярная физика, атомная физика, ядерная физика, физика электромагнитных явлений и т.д).

Химия – наука о веществах, их составе, строении, свойствах и взаимных превращениях. Химия изучает химическую форму движения материи и делится на неорганическую и органическую химию, физическую и аналитическую химию, коллоидную химию и т.д.

Астрономия – наука о Вселенной. Астрономия изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие. Важнейшими разделами астрономии, которые сегодня превратились, по существу, в самостоятельные науки, являются космология и космогония.

Космология – физическое учение о Вселенной как целом, ее устройстве и развитии.

Космогония – наука, которая изучает вопросы происхождения и развития небесных тел (планет, Солнца, звезд и др.). Новейшим направлением в познании космоса является космонавтика.

Биология – наука о живой природе. Предметом биологии является жизнь как особая форма движения материи, законы развития живой природы. Биология, по-видимому, является самой разветвленной наукой (зоология, ботаника, морфология, цитология, гистология, анатомия и физиология, микробиология, вирусология, эмбриология, экология, генетика и т.д.). На стыке наук возникают смежные науки, такие как физическая химия, физическая биология, химическая физика, биофизика, астрофизика и т.д.

Итак, в процессе познания природы формировались отдельные естественные науки. Это необходимый этап познания – этап дифференциации знаний, дифференциации наук. Он обусловлен необходимостью охвата все большего и все более разнообразного числа исследуемых природных объектов и более глубокого проникновения в их детали. Но природа – это единый, уникальный, многогранный, сложный, самоуправляющийся организм. Если природа едина, то единым должно быть и представление о ней с точки зрения естественной науки. Такой наукой является естествознание.

Естествознание – наука о природе как единой целостности или совокупность наук о природе, взятая как единое целое. Последние слова в этом определении еще раз подчеркивают, что это не просто совокупность наук, а обобщенная, интегрированная наука. Это означает, что сегодня дифференциация знаний о природе сменяется их интеграцией. Эта задача обусловлена, во-первых, объективным ходом познания природы и, во-вторых, тем, что человечество познает законы природы не ради простого любопытства, а для использования их в практической деятельности, для своего жизнеобеспечения.

Роль естествознания в жизни людей велика. Естествознание является основой жизнеобеспечения – физиологического, технического, энергетического. Естествознание – это теоретическая основа промышленности и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства, в том числе производства энергии, продуктов питания, одежды и т.д. Естествознание – это важнейший элемент культуры человечества, это один из существенных показателей уровня цивилизации.

Источник

Научные методы познания окружающего мира; роль эксперимента и теории в процессе познания природы; моделирование явлений и объектов природы.

Научные гипотезы; физические законы и теории, границы их применимости.

• Научная гипотеза – предположение о том, что существует связь между известным и вновь объясняемым явлением. Например, Галилео Галилей дал описание падения тел на Землю, но не выяснил причину их падения. А Исаак Ньютон высказал гипотезу: причина падения тел на Землю – притяжение тел к Земле.
• Физический закон – описание соотношений в природе, проявляющийся при определенных условиях в эксперименте. Особенность закона состоит в том, что с его помощью можно описать другие явления, с которыми не были поставлены эксперименты. Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие явления. Любая созданная теория должна быть подтверждена экспериментом.
• Теория может иметь границы применимости. Например, классическая механика справедлива для описания движения тел, скорость которых много меньше скорости света, но с помощью законов Ньютона нельзя описать процессы в микромире.

Механическое движение и его относительность; уравнения прямолинейного равноускоренного движения.

• Механическое движение – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Положение точки в пространстве в произвольный момент времени можно определить, если ввести систему отсчета. Система отсчета – совокупность системы координат, тела отсчета и прибора для измерения времени. Тело отсчета – начальная точка, относительно которой рассматриваем движение. Траектория – линия, вдоль которой движется тело. Путь – длина траектории. Перемещение – вектор, соединяющий начальную точку с конечной.
• Относительность движения проявляется и в том, что скорость, траектория, пройденный путь и некоторые другие характеристики движения относительны, т.е. они могут быть различны в разных системах отсчета. Например: (пример уж думаю сами сообразите, вспомните самолет) Механическое движение бывает двух видов: равномерное и равноускоренное. Равномерное – движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит равные расстояния ( ).

Равноускоренное — движение, при котором тело за равные промежутки времени изменяет скорость на одну и ту же величину ( )

Источник