Умк_ксе_бак
.pdfПонятие о биосфере Вещество: живое, косное, биокосное, биогенное
Системные свойства биосферы: постоянство массы живого вещества в ходе геологических периодов Системные свойства биосферы: постоянство числа видов на протяжении геологических периодов
Геохимические функции живого вещества:
-газовая
-концентрационная
-деструктивная
-средообразующая
-энергетическая
Биогенная миграция атомов химических элементов Биогеохимические принципы миграции: стремление к максимуму проявления
Биогеохимические принципы миграции: эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию
Тема 1-06-03. Человек в биосфере
Антропогенез
Палеонтология
Приматы
Основные этапы эволюции рода Homo и его предшественников (стадиальная концепция): протоантропы (австралопитеки), архантропы, палеоантропы, неоантропы Виды:
–Человек умелый (Homo habilis),
–Человек прямоходящий (Homo erectus)
–Человек разумный (Homo sapiens)
Характерные особенности человека: трудовая деятельность, использование огня, развитие речи, способность к абстрактному мышлению, наличие фонда социальной и культурной информации Возрастание роли социальных эволюционных факторов (передача накопленных знаний,
технологий, традиций) и ослабление биологических (движущего и дизруптивного отборов, изоляции, популяционных волн)
Неолитическая революция Экологические последствия неолитической революции Коэволюция
Тема 1-06-04. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье)
Загрязнение окружающей среды:
-ингредиентное
-физическое (или параметрическое)
-деструктивное
Индикаторы глобального экологического кризиса:
-усиление парникового эффекта
-проблема озонового слоя
-деградация лесных, земельных, водных ресурсов
-снижение биоразнообразия
Понятие ноосферы как этапа развития биосферы при разумном регулировании отношений человека и природы
21
Методические рекомендации по изучению дисциплины
1. Советы по планированию и организации времени, необходимого на изучение дисциплины для студентов.
Самостоятельная работа является одним из видов учебных занятий, она в значительной мере определяет успех обучения в университете. Самостоятельная работа способствует приобретению глубоких и прочных знаний по изучаемым дисциплинам, вырабатывает умение ориентироваться в огромном потоке информации и дает навыки работы с учебной и научной литературой. Самостоятельная работа приучает делать обобщения и выводы, вырабатывает умение логично излагать изучаемый материал, формирует творческий подход, способствует использованию полученных знаний для разнообразных практических задач, развивает самостоятельность в принятии решений.
Необходимо помнить, что начинать самостоятельные занятия следует с начала семестра и проводить их регулярно. Очень важно приложить максимум усилий, чтобы заставить себя работать с полной отдачей. Необходимо помнить, что время учебы крайне ограничено, его нельзя растрачивать понапрасну. Следует осознать, что, если не использовать для занятий всего лишь один вечер в неделю, то за год их наберется не менее 40, т.е. полтора учебных месяца окажутся потерянными.
Успеху в самостоятельной работе способствует соблюдение некоторых правил. Прежде всего, следует приучить себя начинать работу немедленно, как только сели за стол. Надо работать сосредоточенно и все доводить до конца. Необходимо определить реальный объем работы и продумать последовательный план ее выполнения. Работать следует не спеша, но аккуратно, точно. Излишняя поспешность влияет на качество самостоятельной работы.
Необходимо самостоятельно планировать свое рабочее время, исходя из своих возможностей и приоритетов. Это создает более спокойную обстановку, что в итоге положительно сказывается на усвоении материала. Важно полнее осознать цели своей работы, уяснить, что является главным на данном этапе, какую последовательность работы выбрать, чтобы выполнить ее лучше и с наименьшими затратами времени и энергии.
Продуктивность работы зависит от правильного чередования труда и отдыха. Поэтому каждые час или два следует делать перерыв на 10-15 минут. Выходные дни лучше посвятить активному отдыху, занятиям спортом, прогулками на свежем воздухе и т.д. Даже переключение с одного вида умственной работы на другой может служить активным отдыхом.
В процессе обучения важнейшую роль играет самостоятельная работа с литературой. Без навыка правильного использования источников будет чрезвычайно трудно изучать программный материал, и много времени будет потрачено нерационально. Работа с книгой складывается из умения подобрать необходимые книги, разобраться в них, законспектировать, выбрать главное, усвоить и применить на практике.
Работу с книгой следует начать с беглого ознакомления, чтобы решить, есть ли там материал, необходимый для самостоятельной работы. В первую очередь, ознакомиться с титульной страницей, на которой указаны автор, название и год издания. На обороте титульной страницы обычно помещена аннотация, в которой дается сжатая характеристика книги с указанием, для какого круга читателей она предназначена. Особое внимание следует обратить на оглавление, так как оно раскрывает содержание книги. Предисловие позволит узнать, с какой целью книга написана, каким вопросам посвящена. В заключении книги подводятся итоги, делаются выводы. Чтение книги может быть сплошным и выборочным (чтение отдельных глав или разделов). Чтение должно быть вдумчивым, внимательным, при чтении не следует торопиться.
При чтении могут встретиться непонятные слова, термины и определения. В этих случаях следует обратиться к справочнику или соответствующему словарю. Не следует при чтении пропускать сноски и примечания, т.к. в них разъясняются отдельные места, дополняются сжато изложенные в тексте положения.
22
При чтении необходимо выделить основную мысль, представить прочитанное как единое целое. Это легче сделать, если при чтении каждого параграфа (раздела) самому себе ответить на вопросы, о чем говорится в данной части текста, чем сказанное подтверждается или поясняется.
Заключительным этапом изучения книги, статьи является запись, конспектирование прочитанного. Конспект - это сжатое логически связанное изложение прочитанного. В конспекте помещаются не только главные положения книги, но и аргументы (цифры, примеры, таблицы и т.д.). Конспект позволяет быстро восстановить в памяти содержание прочитанной книги. Кроме того, процесс конспектирования организует мысль, побуждает читающего к обдумыванию, к активному мышлению, улучшает качество усвоения и запоминания. Запись способствует выработке ясно, четко и лаконично формулировать и излагать мысль. Запись следует вести сжато и обязательно своими словами.
Помимо сказанного следует иметь в виду, что научиться извлекать из книги все полезное, овладеть рациональными методами чтения и конспектирования можно только на основании практического опыта регулярной работы с книгой.
2. Методические пояснения для преподавателей.
При разработке программы курса авторы старались учесть, что курс КСЕ должен способствовать формированию научного, широкого, целостного взгляда на мир, отличающего современного специалиста. В отличие от узких дисциплин, обеспечивающих выполнение требований к уровню предметной подготовки специалиста, КСЕ обеспечивает выполнение прежде всего общих требований к стандарту образованности специалиста, а также требований к философско-мировоззренческий стороне предметной подготовки.
Программа строится в соответствии с логикой развертывания междисциплинарных концепций, а не с логикой организации отдельной естественнонаучной дисциплины. Изучаемые вопросы увязываются с общенаучным фоном, а естественнонаучный материал увязывается с общекультурным фоном - современным и того времени, когда была поставлена или разрешена соответствующая проблема.
Поскольку современная естественнонаучная картина мира - это картина эволюционно-си- нергетическая, в качестве основы программы курса КСЕ принята эволюционная концепция. Рассмотрение современного естествознания сквозь призму эволюционной концепции позволяет, через обсуждение идей универсального эволюционизма, перекинуть мостик к реальной интеграции знаний о природе и социуме.
Изучение данного курса проводится в течение 1 семестра. Курс включает в себя цикл лекций, работу с литературой, выполнение контрольных работ и, по указанию преподавателя, написание письменных работ-рефератов.
23
Лекции
I.КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
1.1.Введение
ВРоссийской традиции существует очень широкое понятие «наука», которое включает в себя совокупность всех естественных и гуманитарных наук. Наука, как и любое другое многофункциональное явление, с трудом поддается определению.
Есть десятки определений, среди них есть как глубокие, вскрывающие ее суть, так и поверхностные, отражающие только ее отдельные стороны. Но суть заключена в следующем
– наука есть добыча знаний. Это определение охватывает как цель, так и профессию, и пути познания. Ньютон сформулировал свое определение: “Наука есть движение мысли человеческой вслед за мыслью Творца”. Академик Бучаченко А.Л. придал этому лаконичному определению очень эмоциональную окраску: «Это движение по дороге великих, блестящих идей и унизительных заблуждений, вдохновения и отчаяния, взлетов и падений, ярких озарений и унылых, тусклых тупиков, дорога восторга и смертельных ошибок. Великая и драматическая дорога познания, бесконечная и полная очарования».
С одной стороны наука это часть человеческой деятельности направленная на получение и систематизацию новых знаний, но в тоже время это и форма общественного сознания и социальный институт (университеты, научные общества, учебные заведения и так далее). Будучи формой общественного сознания, наука является частью общечеловеческой культуры. Следует отметить, что наука является не единственным видом познания мира. Мифология, религия, искусство также отражают знания человечества об окружающем мире. Конечно, научный метод имеет свои особенности и отличительные черты, более того он часто может быть противопоставлен другим формам познания.
По мере развития человечества роль науки непрерывно возрастает. В настоящее время происходит срастание науки с техникой в единое целое, в результате чего достигается небывалый рост производительности труда. Для демонстрации этих достижений обычно говорят о выходе человека в космос, создании атомных электростанций, синтезе принципиально новых веществ, новые информационные технологии, генная инженерия. При этом, однако, остаются в тени многие достижения, коренным образом изменившие нашу повседневную жизнь. Достижения науки XIX века, реализованные в современных технологиях, освободили нас от значительной части физического труда. Стоит, наверное, помнить о том, что вода «сама течет» из крана потому, что когда-то были сделаны открытия в естествознании, позволившие создать эти машины, выполняющие за нас этот вид деятельности. Достижения науки XX века привели к созданию новых информационных технологий, которые уже сейчас освобождают нас от значительной части рутинной умственной деятельности.
Такие достижения невозможны без огромных затрат. Развитые страны сегодня тратят на науку примерно 3% валового национального продукта. Страны, тратящие меньше средств на науку, просто обречены раньше или позже оказаться среди отсталых. Следует отметить, что современное естествознание интернационально. Это проявляется в широком международном сотрудничестве, когда исследования выполняются группами ученых, включающих представителей нескольких стран. Если посмотреть современные научные публикации, то можно заметить, что интернациональные коллективы, скорее правило, чем исключение. Это является общей тенденцией современного общества охваченного процессом глобализации. Как правило, малые изолированные научные группы просто не в состоянии следовать за высоким темпом развития современного развития и неизбежно проигрывают большим коллективам.
Достижения современной науки столь впечатляющи и значимы, что людям, не занимающимся профессионально научными исследованиями, кажется, что она может все. Это создает благоприятную среду для всякого рода спекуляций на научной почве. Вокруг
24
науки всегда существует и кормится достаточно много людей. Среди них авантюристы и невежды, но встречаются и образованные люди, имитирующие научную деятельность, а не генерирующие новое знание. Нередко под науку маскируются и лженаучная деятельность. Причина широкого распространения лженаук проста: освоение истинных научных знаний требует напряжения ума, тогда как лживые обещания от имени науки предлагают решить любую проблему без усилий.
1.2.Зарождение науки
1.2.1.Древний Вавилон
По современным данным самые первые элементы науки появились в древнем Вавилоне уже в IV – III тысячелетии до нашей эры. Этими достижениями мы обязаны жрецам Междуречья, которые заложили первоосновы таких наук как астрономия, математика, в частности, геометрия, медицина. Благодаря существовавшей тогда письменности нам известно, что они могли решать квадратные уравнения, системы уравнений, знали теорему Пифагора и многое другое.
1.2.2. Древний Египет
Значительное влияние на развитие естествознания оказали жрецы древнего Египта. Они существенно развили знания, накопленные в Междуречье. Дальнейшее развитие получила геометрия. Было введено и достаточно точно вычислено число p, разработаны методы вычисления объема трехмерных геометрических тел, например, пирамид. Еще одним важным достижением было составление календаря. Жители древнего Египта знали, что год состоит из 365 суток. Именно им принадлежит идея разбиения года на 12 месяцев, а суток на 12 дневных и 12 ночных часов. Хотя с тех пор в календарь было внесено множество уточнений, эта традиция сохранилась в неизменном виде. Столь частое появление числа 12 является следствием того, что тогда применялась двенадцатиричная система счисления. У них было принято считать дюжинами. В отличие от них сейчас мы считаем десятками, сотнями и так далее.
Анализ достижений Древнего Египта в области естествознания показывает, что они имели исключительно практический характер. Действительно, невозможно планировать строительство пирамиды заданных размеров (высота, ширина) не зная ее объема. Календарь им также был жизненно необходим для ведения сельского хозяйства. В частности, им было нужно точно предсказывать момент начала разлива Нила, поскольку именно это явление лежало в основе сельскохозяйственного цикла.
1.2.3. Древняя Индия
Зачатки индийского естествознания прослеживаются с древнейших времен. До нас дошли письменные источники, позволяющие составить представление о науке и религии со второго тысячелетия до новой эры. К наиболее известным относятся эпическая поэма «Рамаяма» и сборник древних сказаний «Махабхарата», созданные в 11 веке до н.э. В этих произведениях дано описание многих видов: птиц, млекопитающих, пресмыкающихся, рыб, земноводных и насекомых. Это свидетельствует о том, что здесь были заложены основы зоологии.
Несмотря на то, что индийская цивилизация представляется весьма самобытной, тем не менее, прослеживается заметное влияние на нее месопотамской цивилизации. В частности, не вызывает сомнений влияние достижений астрономии Древнего Вавилона на развитие астрономических представлений в Индии.
25
1.2.4. Древний Китай
В Древнем Китае получили значительное развитие астрономия, медицина, философия. Например, уже в V-IV веках до н.э. здесь был составлен обширный звездный атлас, включающий более 800 неподвижных звезд. Значительное развитие в Древнем Китае получила медицина. Здесь были разработаны методы терапии, основанные на иглоукалывании и прижиганиях. Эти достижения древнекитайских медиков свидетельствуют о том, что им была достаточно хорошо известна анатомия и физиология человека. Создавались медицинские трактаты, в которых излагались основы медицинской профилактики, методы диагностики, не потерявшие своей актуальности до наших дней: осмотр, опрос, выслушивание и другие, приводились рецепты лекарственных средств и принципы лечения.
Как и в других древних цивилизациях, в древнем Китае накапливающиеся объективные знания об окружающем мире и попытки их философского осмысления вступают в борьбу с прочно укоренившемся мифологизированным сознанием, поэтому часто осмысление окружающего мира происходит в религиозно-идеалистическом духе. Все это привело к созданию самобытной философской системы, в рамках которой делались попытки построения модели мира. Обсуждались проблемы бесконечной делимости материи, первопричин движения в природе.
1.2.5. Античная наука
ВVI веке до н.э. в Древней Греции естествознание приобрело статус науки как сформировавшейся системы знаний. Научные знания в Древней Греции приобрели принципиально новые черты. До этого знания носили форму знахарства. Само знание было вполне самодостаточным и сводилось к сумме практических рецептов. Только в Древней Греции впервые возникла теоретическая наука в форме научных представлений об окружающем мире. Именно здесь была осознана необходимость доказательств для обоснования научных положений. Это принципиально новый элемент, ни в Египте, ни в Месопотамии, ни в Китае такого понятия не существовало. Возможно потому, что все предшествующие цивилизации были основаны на тирании и безусловном подчинении авторитетам. В таких условиях даже сама мысль о необходимости разумных доказательств кажется крамольной. Вероятно, не случайно, что только в Афинах, где впервые за всю мировую историю возникла республика, были изобретены доказательства. Несмотря на то, что республика расцвела на труде рабов, в Древней Греции сложились условия, при которых стал возможен свободный обмен мнениями, что и привело к небывалому расцвету наук.
ВДревней Греции сформировались достаточно эффективные для своего времени производственные силы, что создало условия для профессионального занятия наукой достаточно широкому общественному слою. В результате появилась возможность заниматься наукой не только потому, что это жизненно необходимо, но и потому, что это интересно. Именно здесь люди впервые ощутили радость познания. Это нашло свое отражение и в том, что в Древней Греции ученых называли философами – любителями мудрости.
Еще одним важным элементом, появившимся в античности, были учебно-научные учреждения, такие как академия Платона и лицей Аристотеля. Такие заведения решали ряд важных задач. Они требовали профессиональных ученых, а, следовательно, систематических научных исследований и создавали механизм передачи знаний следующим поколениям. Кроме того, здесь появилась традиция передачи научных знаний в форме научных сочинений.
Первая античная научная школа возникла в VI веке до н.э. в городе Милете. Основал эту школу Фалес Милетский (624–547 гг. до н.э.). Здесь начинается рациональное познание мира взамен мифологическим представлениям. Пытаясь найти естественные основы бытия,
26
философами этой школы была выдвинута идея о материальной первооснове всех вещей. Анаксимандр (610–546 гг. до н.э.) развил учение о бесконечном количестве миров, их постоянном рождении и гибели. Он полностью отрицал участие богов в этом процессе. Эти идеи получили развитие у Гераклита: «Мир единый из всего, не создан никем из богов, и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим».
В V–IV веках до н.э. в Древней Греции была выдвинута и разработана идея о дискретном строении материи. Эта чрезвычайно глубокая и важная идея не лежит на поверхности, ведь недаром до этого времени все их предшественники считали материю бесконечно делимой. Основателями этого нового атомистического учения были Левкипп (500–440 гг. до н.э.) и Демокрит (460–370 гг. до н.э.). По их представлениям все тела состоят из вечных и неделимых атомов – кирпичиков мироздания. Хотя сами атомы неизменны, состоящие из них тела могут изменяться благодаря тому, что атомы находятся в непрерывном движении. Атомы были наделены свойствами обычных тел – размерами, формой, весом. Они же впервые ввели понятие пустого пространства, которое может заполняться атомами. Эти представления привели их к идеям жесткого детерминизма: «Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью.
Очень важный вклад в развитие античной мысли внесла афинская философская школа, основанная Платоном (428–347 гг. до н.э.). Эта школа впервые сделала попытку объяснить движение небесных тел. В модели, предложенной Евдоксом (406–355 гг. до н.э.), все внеземное пространство (космос) было разделено на концентрические сферы. На этих сферах размещались планеты и звезды. Комбинация вращений этих сфер могла воспроизвести видимое движение небесных тел. Хотя эта простейшая модель не могла отразить все особенности движения планет, тем не менее, ее значение невозможно переоценить, поскольку она явилась первой математической моделью Вселенной, заложившей основы современной астрономии.
Гениальный представитель этой школы Аристотель (384–322 гг. до н.э.) составил систематический свод знаний своей эпохи. Его труды отражают практически все существовавшие тогда области знания. Наряду с систематизацией знаний античности, Аристотель заложил основы целого ряда наук, среди них физика, логика, ботаника и другие. Благодаря этому он оказал огромное влияние на последующее развитие науки, оставаясь непревзойденным авторитетом на протяжении полутора тысяч лет.
Поразительных успехов ученые Древней Греции добились в математических исследованиях. Их наиболее выдающиеся достижения относятся к геометрии. Фактически они открыли чертежи и законы, по которым сотворен мир; они установили, что мир подчинен точному математическому законодательству – достаточно простым формулам и уравнениям. Это хорошо известная со школьной скамьи эвклидова геометрия, представляющую собой теорию физического пространства (Эйнштейн назвал ее триумфом мышления). В масштабе одного метра отклонения в размерах объектов эвклидовой геометрии от реальных размеров составляют величину меньшую одной десятимиллионной доли миллиметра. Это чрезвычайно высокая точность даже по современным меркам.
Достижения древнегреческих математиков были представлены практически в совершенной форме в знаменитом труде Евклида (третий век до н.э.) – «Начала». Изложенная здесь геометрия оставалась единственной теорией физического пространства до середины XIX века. Более того, по большому счету, даже современные школьные учебники по геометрии без изменений повторяют «Начала» Евклида. Эта книга является уникальной еще и потому, что способ изложения геометрии, предложенный Евклидом, до сих пор является идеалом изложения любой современной естественнонаучной теории. Суть этого метода состоит в следующем: вначале даются определения основных понятий геометрии, затем формулируются аксиомы и после этого исключительно логическим путем выводятся все теоремы геометрии, отражающие все нетривиальные свойства пространства. Безусловно, это является очень привлекательной, и как оказалось чрезвычайно плодотворной, идеей –
27
используя знания небольшого числа твердо установленных (аксиомы), получить фактически неограниченное число новых знаний (теоремы) путем логических рассуждений.
Достижения геометрии применялись для решения фундаментальных задач географии. Эратосфен (276–194 гг. до н.э.), сравнивая длину тени в полдень в день летнего солнцестояния в двух городах, расположенных на различной широте, и используя элементарную геометрию, смог вычислить длину меридиана Земли. Он, предполагая, что Земля является шаром, получил значение около 40000 км, что является достаточно хорошей оценкой длины меридиана.
Делались попытки применить познания в геометрии к астрономическим задачам. Аристарх (320–250 гг. до н.э.) пытался вычислить размеры Луны и Солнца, а так же расстояния до них. Им же была выдвинута гелиоцентрическая система мира, которая однако не нашла понимания у его современников.
Особое место в античной науки принадлежит Архимеду (287–212 гг. до н.э.). Он был математиком, механиком и инженером. Более всего он прославился применением научных знаний в решении технических задач. Многие его научные достижения имеют практический аспект. Например, всем известный закон Архимеда о выталкивающей силе, действующей на тело, погруженное в жидкость, правило рычага, которым он мог бы повернуть Землю и многие другие. Под его руководством было построено множество машин гражданского и военного назначения. Построенные Архимедом машины эффективно использовались при защите Сиракуз (город на Сицилии) против многократно превосходящих по численности римских войск во время второй пунической войны. Одно из сражений с применением архимедовых машин подробно описал древнегреческий историк Плутарх. Действие этих машин было столь эффективным и доселе невиданным, что Плутарх заключает описание словами «… страшное зрелище».
Огромным достижением античности явилось построение системы мира Птолемеем (90–168 гг. н.э.). Положив в основу своей модели геоцентрическую систему, предполагающую, что в центре Вселенной находится Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна и другие планеты, он смог свести сложное видимое движение планет к нескольким равномерным круговым движениям. Таким образом, им была впервые решена сложнейшая задача: построить математическое описание движения всех небесных тел. Теория Птолемея обладала значительной предсказательной силой, а ее точность была вполне адекватна точности измерительных приборов того времени. Эта теория показала, сколь эффективной может быть математика в описании астрономических явлений. Эффективность этой системы позволила ей оставаться единственной признанной теорией движения планет в течении более тысячи лет, вплоть до эпохи возрождения, когда пол напором новых фактов она была вынуждена уступить место гелиоцентрической системе мира.
Древний Рим воспринял научные достижения Древней Греции и продолжительное время поддерживал их на достаточно высоком уровне. Примером тому служат достижения Птолемея и других ученых того времени. Однако с приходом первых императоров наблюдается быстрое угасание наук. Вероятнее всего этот упадок был вызван общим кризисом классического общества, вызванным концентрацией власти в руках небольшой группы людей. Вместе с распадом Римской империи окончательно сошла со сцены и античная наука.
1.2.6. Достижения средневековых арабских ученых
В Средние века (VII–XI вв.) арабские страны выделялись своими достижениями в области культуры, науки и экономики. Научными центрами той эпохи были города Багдад, Хорезм и другие. В этот период были переведены на арабский язык многие книги античных авторов, что подчеркивает преемственность науки. Не вызывает сомнений и влияние индийских математиков на развитие математики в арабских странах, что неудивительно, учитывая географическое положение Арабского халифата.
28
Арабские ученые внесли заметный вклад в дальнейшее развитие естествознания. Они заимствовали десятичную систему счисления у индийцев, добавили к числам ноль и ввели арабские цифры, которыми мы пользуемся в настоящее время. На первый взгляд может показаться, что это несущественные технические изменения, на самом же деле эти новшества многократно упрощали выполнение арифметических операций, что, помимо прочего, способствовало проникновению элементов математических знаний в более широкие слои общества. Им же принадлежит заслуга в разработке основ алгебры. Отметим, что античные математики, не знавшие нуля и отрицательных чисел, не могли развивать эту область математики.
Арабы много сделали для выполнения измерений высокой точности. Для этого требовалась хорошая материальная база. Ведь точные измерения можно выполнить, только если имеются высококачественные эталоны (длина, вес и другие). Мухаммед ибн Ахмед альБируни (Бируни) (973–1048гг.) добился впечатляющих результатов в измерениях плотности веществ. Так по его данным, переведенным в современные единицы, плотность золота 19.5г/см 3 , ртути – 13.56 г/см 3 . Эти данные являются безупречными с современной точки зрения. Для таких измерений Бируни изобрел прибор, позволяющий измерять объем достаточно малых тел произвольной формы. Действие прибора основывалось на идеи измерения объема вытесненной жидкости, который совпадает с объемом измеряемого тела.
Бируни добился также высоких результатов в астрономических и географических измерениях. По его данным угол наклона эклиптики (плоскость, в которой движется Земля вокруг Солнца) к плоскости экватора в 1020 году был равен 23 0 34’. Это значение тоже является точным. Кроме того Бируни знал, что этот угол подвержен вековым изменениям. Бируни не сомневался, что Земля имеет форму шара и смог достаточно точно оценить ее радиус. По его данным радиус Земли равен 6490 км, что также хорошо соответствует современным измерениям.
Крупным естествоиспытателем средневековья был Ибн аль-Хайсам (Алхазен) (965– 1039гг.), внесший заметный вклад в развитие оптики. Итог своих исследований он подвел труде «Книга оптики», которая была переведена на латинский язык, благодаря чему была хорошо известна в Европе. Он заложил основы геометрической теории зеркал, изучал законы преломления света, разрабатывал теорию зрения.
Большим достижением Алхазены является его попытка определить высоту атмосферы по продолжительности сумерек. Хотя оценка оказалась не очень точной, сам метод свидетельствует о глубоком понимании оптики и того, как распространяется свет в атмосфере.
1.2.7. Зарождение экспериментального естествознания
ВСредние века вся духовная жизнь европейского общества определялась церковью. Ответы на мировоззренческие вопросы предопределялись христианскими догматами. В частности, важнейшим было положение о сотворении мира Богом из ничего. Такой подход не оставлял места концепции объективного природного закона, а следовательно, не было необходимости искать связь между явлениями. Интерес представляли вопросы о связи явлений с Богом. Роль науки сводилась либо к решению чисто практических задач, либо к трактовке текстов. Господствовало представление, что уже все известно и остается только правильно прочитать и понять писание.
ВXI–XIII вв. отмечается заметное взаимопроникновение Западной и Восточной культур как результат роста торговли и крестовых походов. Это способствовало распространению достижений арабской, а через нее и античной науки в странах средневековой Европы. Благодаря этому европейцам стали известны труды Аристотеля, Евклида, Птолемея. Примерно в это же время в Европе появляются университеты. Все это и создало предпосылки для ослабления авторитета церкви и смены старой парадигмы, базировавшейся на толковании любых мировоззренческих вопросов с позиций Священного
29
Писания либо других древних текстов. Эта смена заняла целую эпоху и известна как Возрождение или Ренессанс.
В XIV–XVI вв. возрастает интерес к произведениям античных авторов, чьи труды разыскивались, восстанавливались и распространялись по Европе. Со временем стало появляться глубокое понимание содержания работ античных ученых, а наиболее проницательным удавалось обнаруживать слабые места в древних писаниях, далее появились попытки обосновать свои возражения наблюдениями над природой и точными измерениями.
Первым и очень важным событием на этом пути явилось создание Николаем Коперником (1473–1543) гелиоцентрической системы мира. В этой системе центром являлось Солнце, а Земля и другие планеты вращались вокруг него по окружностям. Чтобы получить количественное описание движения планет Копернику пришлось сохранить птолемеевы эпициклы. Тем не менее его модель была много проще и изящней Птолемеевой модели. Осмысление новой системы мира дало пищу для грандиозных обобщений. Так Джордано Бруно (1548–1600), развивая идеи Коперника, считал, что раз Земля не является центром Мира, то таким центром не может быть и Солнце. Им же было выдвинуто предположение, что Солнце является звездой. Если звезды похожи на Солнце, то они тоже могут иметь свои планеты и, следовательно, может существовать множество миров. Этот взлет европейской научной мысли показывает, что средневековая схоластика исчерпала свои возможности, подготовив, однако, интеллектуальную почву для скорого бурного развития науки.
Вторым важнейшим элементом новой эпохи стали систематические наблюдения. Датский астроном Тихо Браге (1546–1601), в течение длительного времени выполнял систематические наблюдения за движением планет и составил весьма точные таблицы их положений на небесной сфере. Эти ценнейшие данные наблюдений позволили Кеплеру (1571–1630) значительно усовершенствовать гелиоцентрическую систему, приведя ее практически к современному виду. Новые представления были сформулированы в виде простых и ясных законов движения планет. Согласно Кеплеру планеты движутся вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Эти же законы устанавливали строгие соотношения между размерами орбит планет. Кеплеровские законы представляют собой великолепный образец теоретического осмысления эмпирических данных. Они не только содержали в себе в простой и доступной форме огромный объем эмпирической информации (таблицы Тихо Браге), но обладали предсказательной силой и вели к новым представлениям о мире.
Тем не мене настоящую историю естествознания принято начинать с Галилея (1564– 1642), поскольку именно он заложил основы научного подхода к исследованию законов природы. С именем Галилея вязано также изобретение телескопа, позволившее многократно увеличить точность измерений астрономических объектов. Трудно переоценить значение открытий, сделанных с помощью этого прибора. Отметим лишь некоторые из них. Были обнаружены горы и кратеры на Луне, что совсем не соответствовало прежним представлениям о небесных объектах как о совершенных телах, созданных Богом. Не менее неожиданным для современников Галилея оказалось существование пятен на Солнце. К еще более важным открытиям следует отнести обнаруженную Галилеем смену фаз Венеры, что является прямым свидетельством ее вращения вокруг Солнца, а также наличие спутников у Юпитера, что явилось непосредственной демонстрацией движения одних небесных тел вокруг других, причем в качестве центра не выступает ни Земля, ни Солнце.
Покажем формирование научного метода Галилеем на примере его заочного спора с Аристотелем. Аристотель считал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Галилей усомнился в этом законе и поставил опыт. Он изготовил два шара одинаковых размеров – один чугунный, другой – деревянный, при этом их массы различались примерно в три раза, и сбросил их с наклонной башни в Пизе. Опыт показал, что они упали почти одновременно, затратив на это около двух секунд. Далее Галилей рассуждает с позиций
30