Наука в XX и XXI веках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Наука в XX веке

2. Наука в XXI веке

Заключение

Список литературы

Введение

Наука - это важнейшая сфера человеческой деятельности, функция которой заключается в выработке и систематизации знаний о природе, обществе и мышлении. Основой этой деятельности является сбор научных фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и, на этой базе, синтез новых научных знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи и, как следствие - прогнозировать. В ходе своего развития наука превращается в производительную силу (ее естественным следствием являются технологии) и важнейший социальный институт. Понятие «наука» включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности - сумму накопленных знаний, разделение и кооперацию научного труда, научные учреждения, экспериментальное и лабораторное оборудование, методы научно-исследовательской работы, систему подготовки научных кадров, понятийный и категориальный аппарат, систему научной информации и экспертную систему.

На начальной стадии человеческой истории естественнонаучная и гуманитарная культуры существовали как единое целое, поскольку человеческое познание в одинаковой степени было направлено как на изучение природы, так и на познание самого себя. Однако постепенно у них выработались свои принципы и подходы, определились цели: естественнонаучная культура стремилась изучить природу и покорить ее, а гуманитарная культура ставила своей целью изучение человека и его мира.

Первые зачатки науки следует отнести к периоду древнегреческой цивилизации. Отсюда берут начало математика, физика, геометрия, астрономия, логика, география, история.

Однако началом науки в ее современном виде следует считать XVI век, ее начало связывают с именем Г. Галилея. С этого момента наука начинает свое быстрое развитие на строгих научных основаниях. Серьезные достижения в этой области приносят XVII век, и, прежде всего это формулирование закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном и создание дифференциального и интегрального исчисления (независимо Ньютон и Лейбниц). В XVIII веке создаются кинетическая теория газов (Бернулли), открывается планета Уран, создается вакцина против оспы. В XIX веке Чарльз Дарвин формулирует эволюционную теорию, Мендель открывает законы наследственности, Дмитрием Менделеевым открыт периодический закон, Джеймс Максвелл завершает создание классической электродинамики.

Однако самые значительные прорывы, подлинная эра науки и торжества научного мировоззрения начинается в XX веке.

1. Наука в XX веке

Прежде всего, наука XX века ассоциируется у нас с физикой. Здесь следует, прежде всего, упомянуть о двух самых значительных достижениях: создании теории относительности А. Энштейном и создание целым рядом выдающихся ученых квантовой теории. Без преувеличения можно сказать, что эти две теории изменили наши представления о том, как устроен мир, в котором мы живем. Классическая теория гравитации была создана еще Ньютоном. Однако она оказалась ограниченной и в начале ХХ века потребовалась новая теория. Ее создал А. Энштейн. В статье (1905 г.) он рассмотрел два постулата: общий принцип относительности и постоянство скорости света. Из этих постулатов следовали лоренцево сокращение, относительность одновременности и ненужность эфира, представление о существовании которого господствовали в науке в конце XIX века. Он ввел формулы преобразования Лоренца, суммирования скоростей, возрастания инерции со скоростью и т.д. Эта теория получила название специальной теории относительности (СТО). В том же году появилась и формула E = mc² - инерция определяется энергией. В других работах этого периода Эйнштейн дал квантовую теорию фотоэффекта и теплоёмкости, теорию броуновского движения, статистику Бозе - Эйнштейна и др. Далее он сосредоточил свои усилия на развитии теории относительности. С 1911 года Эйнштейн разрабатывал общую теорию относительности (ОТО), включающую гравитацию, которую завершил в 1916 году. Проверка трёх предсказанных Эйнштейном новых эффектов показала полное согласие ОТО с опытом.

Для описания явлений микромира в начале XX века Макс Планк и Нильс Бор заложили основы квантовой механики. К 20-м годам XX века аппарат квантовой теории был развит Гейзенбергом (принцип неопределенности) и Шрёдингером. В 1880-е годы был экспериментально получен спектр излучения абсолютно чёрного тела; распределение энергии по частотам оказалось несогласованным со всеми имевшимися тогда теориями. Правильную формулу подобрал в 1900 году Макс Планк. Несколькими неделями позже он выяснил, что эта формула может быть строго доказана, если сделать допущение, что излучение и поглощение энергии происходит порциями не меньше некоторого порога (кванта), пропорционального частоте волны. Сам Планк вначале рассматривал такую модель как чисто математический трюк; даже много позже, в 1914 году, он пытался опровергнуть собственное открытие, но безуспешно.

Также следует сказать об открытии Эдвином Хабблом красного смещения. Наблюдения Хаббла подтвердили соответствие поведения далеких галактик уравнениям Эйнштейна и позволили впоследствии создать космологическую теорию Большого взрыва, объясняющую происхождение и наблюдаемое ныне развитие Вселенной.

Также, что касается физики XX века, следует упомянуть о таких важных достижениях как:

· создание планетарной модели атома Резерфордом (1911 г.);

· создание атомной бомбы (1945 г.);

· установление спиральной структуры Галактики (1951 г.);

· создание квантового генератора (1954 г.);

· создание теории кварков (1964 г.);

· открытие реликтового излучения, подтверждавшего теорию Большого взрыва (1965 г.);

· создание теории электрослабого взаимодействия (1967 г.);

· открытие механизма формирования черных дыр (1971 г.);

· открытие высокотемпературной сверхпроводимости (1986 г.).

Также большими достижениями в XX веке может похвастаться химия. Химия развивается на основе открытий, сделанных в XIX веке и на основе достижений физики. Квантово-механический подход к строению атома привёл к созданию новых теорий, объясняющих образование связи между атомами. В 1927 году В. Г. Гейтлер и Ф. Лондон разрабатывают квантово-механическую теорию химической связи. На основе их метода в 1928-1931 гг. Л. Полинг и Дж. К. Слэтер создают метод валентных связей. Основная идея этого метода заключается в предположении, что атомные орбитали сохраняют при образовании молекулы известную индивидуальность. В 1928 году Полинг предложил теорию резонанса и идею гибридизации атомных орбиталей, в 1932 году - новое количественное понятие электроотрицательности. В 1929 Ф. Хунд, Р. С. Малликен и Дж. Э. Леннард-Джонс заложили фундамент метода молекулярных орбиталей, основанного на представлении о полной потере индивидуальности атомов, соединившихся в молекулу, а Хунд также создает современную классификацию химических связей.

Благодаря квантовой механике к 30-м годам XX века в основном был выяснен способ образования связи между атомами; кроме того, в рамках квантово-механического подхода получило корректную физическую интерпретацию менделеевское учение о периодичности. Создание надёжного теоретического фундамента привело к значительному росту возможностей прогнозирования свойств вещества.

Особенностью химии в XX веке стало широкое использования физико-математического аппарата и разнообразных расчётных методов. Подлинным переворотом в химии стало появление в XX веке большого числа новых аналитических методов, прежде всего физических и физико-химических (рентгеноструктурный анализ, электронная и колебательная спектроскопия, магнетохимия и масс-спектрометрия, спектроскопия и другие). Эти методы предоставили новые возможности для изучения состава, структуры и реакционной способности вещества. Отличительной чертой современной химии стало её тесное взаимодействие с другими естественными науками, в результате которого на стыке наук появились, например, биохимия и геохимия. Закономерным следствием совершенствования химической теории в XX веке стали новые успехи практической химии - каталитический синтез аммиака, получение синтетических антибиотиков, полимерных материалов и т.п. Успехи химиков в деле получения вещества с желаемыми свойствами в числе прочих достижений прикладной науки к концу XX столетия привели к коренным преобразованиям в жизни человечества.

В XX веке с переоткрытием законов Менделя начинается бурное развитие генетики. В 1920-1930-х годах появилась популяционная генетика. В работах Фишера, Холдейна и других авторов теория эволюции, в конце концов, объединилась с классической генетикой в синтетической теории эволюции.

Во второй половине ХХ века идеи популяционной генетики оказали значительное влияние на социобиологию и эволюционную психологию. В 1960-х годах для объяснения альтруизма и его роли в эволюции через отбор потомков. Дальнейшей разработке подверглась и синтетическая теория эволюции, в которой появилось понятие о дрейфе генов и других процессах, важных для появления высокоразвитых организмов.

В 1970-х Гулд и Элдридж разработали теорию прерывистого равновесия, которая объяснила причины быстрых эволюционных изменений в исторически короткое время, ранее составлявших базу для «теории катастроф». В 1980 году Луис Альварес предложил метеоритную гипотезу вымирания динозавров. Тогда же в начале 1980-х годов были статистически исследованы и другие явления массового вымирания в истории земной жизни.

Бурно развивалась в XX веке и биохимия. К концу XIX в. были открыты основные пути метаболизма лекарств и ядов, белка, жирных кислот и синтеза мочевины. В начале ХХ в. началось исследование витаминов. Улучшение техники лабораторных работ стимулировало развитие физиологической химии, и биохимия постепенно отделилась от медицины в самостоятельную дисциплину. В 1920-1930-х годах Ханс Кребс, Карл и Герти Кори начали описание основных путей метаболизма углеводов. Началось изучение синтеза стероидов и порфиринов. Между 1930-1950-ми годами Фриц Липман и другие авторы описали роль аденозинтрифосфата как универсального переносчика биохимической энергии в клетке, а также митохондрий как её главного источника энергии.

В XX веке возникает молекулярная биология. Уэнделл Мередит Стэнли в 1935 году опубликовал эту фотографию кристаллов вируса табачной мозаики. Они представляют собой чистые нуклеопротеиды, что убедило многих биологов в том, что наследственность должна иметь физико-химическую природу. Как и биохимия, микробиология бурно развивались на стыке медицины и других естественных наук. После выделения бактериофага начались исследования вирусов бактерий и их хозяев. Это создало базу для применения стандартизированных методов работы с генетически однородными микроорганизмами, которые давали хорошо воспроизводимые результаты, и позволило заложить основы молекулярной генетики.

В 1941 году Бидл и Тейтем сформулировали свою гипотезу «один ген - один фермент». В 1943 г. Освальд Эйвери показал, что генетическим материалом в хромосомах является не белок, как думали ранее, а ДНК. В 1952 году этот результат был подтвержден в эксперименте Херши-Чейз. Наконец, в 1953 году Уотсон и Крик предложили свою знаменитую структуру ДНК в виде двойной спирали. Когда через несколько лет механизм полуконсервативной репликации был подтвержден экспериментально, большинству биологов стало ясно, что последовательность оснований в нуклеиновой кислоте каким-то образом определяет и последовательность аминокислотных остатков в структуре белка. Но идею о наличии генетического кода сформулировал не биолог, а физик Георгий Гамов. Была начата работа по расшифровке генетического кода. Работа заняла несколько лет и была закончена к концу 1960-х годов. К середине 1960-х годов основы молекулярной организации метаболизма и наследственности были установлены, хотя детальное описание всех механизмов только начиналось. Методы молекулярной биологии быстро распространялись в другие дисциплины, расширяя возможности исследований на молекулярном уровне. Особенно это было важно для генетики, иммунологии, эмбриологии и нейробиологии, а идеи о наличии «генетической программы» (этот термин был предложен Жакобом и Моно по аналогии с компьютерной программой) проникли и во все остальные биологические дисциплины.

Генетическая инженерия основана, прежде всего, на применении техники рекомбинантных ДНК, то есть таких молекул ДНК, которые искусственно перестроены в лаборатории путём рекомбинации их отдельных частей (генов и их фрагментов). Принимая во внимание не только новые возможности, но и потенциальную угрозу от применения таких технологий (в частности, от манипуляций с микроорганизмами, способными переносить гены вирусного рака) научное сообщество ввело временный мораторий на научно-исследовательские работы с рекомбинантными ДНК до тех пор, пока в 1975 году на специальной конференции не были выработаны рекомендации по технике безопасности при такого рода работах. После этого наступил период бурного развития новых технологий.

Большой прогресс в XX веке продемонстрировали науки о Земле. Здесь, прежде всего, следует упомянуть о создании теории тектонических плит. Основой теоретической геологии начала XX века была контракционная гипотеза, согласно которой Земля остывает подобно испечённому яблоку, и на ней появляются морщины в виде горных хребтов. Против этой схемы выступил немецкий учёный-метеоролог Альфред Вегенер, который 6 января 1912 года предложил теорию дрейфа материков. Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний западного побережья Африки и восточного Южной Америки. Если эти континенты сдвинуть, то они совпадают, как если бы образовались в результате раскола одного праматерика. Вегенер не удовлетворился совпадением очертаний побережий, и стал искать доказательства теории. Для этого он изучил геологию побережий обоих континентов и нашёл множество схожих геологических комплексов, которые совпадали при совмещении, так же, как и береговая линия. Кроме того, Вегенер стал искать геофизические и геодезические доказательства. Однако в то время уровень этих наук был явно не достаточен, чтобы зафиксировать современное движение континентов. В 1930 году Вегенер погиб во время экспедиции в Гренландии, но перед смертью уже знал, что научное сообщество не приняло его теорию. После смерти Альфреда Вегенера теория дрейфа материков получила статус маргинальной науки, и подавляющее большинство исследований продолжали проводиться в рамках теории геосинклиналей. Правда, и ей пришлось искать объяснения истории расселения животных на континентах. Для этого были придуманы сухопутные мосты, соединявшие континенты, но погрузившиеся в морскую пучину. Вялотекущая борьба фиксистов, как назвали сторонников отсутствия значительных горизонтальных перемещений, и мобилистов, сторонников движения континентов с новой силой разгорелась в 1960-х годах, когда в результате изучения дна океанов были найдены ключи к пониманию процессов происходящих внутри Земли. К этому времени была составлена карта рельефа дна Мирового океана, которая показала, что в центре океанов расположены срединно-океанические хребты, которые возвышаются на 1,5-2 км над абиссальными равнинами, покрытыми осадками. На основе этих данных Р. Дицу и Гарри Хессу в 1962-1963 годах выдвинули гипотезу спрединга, согласно которой в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных ячеек выносят под срединно-океаническими хребтами мантийный материал, который обновляет океаническое дно в осевой части хребта каждые 300-400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в литосферные плиты. Согласно концепции спрединга, океанические бассейны - структуры непостоянные, неустойчивые, континенты же - устойчивые. В 1963 году гипотеза спрединга получает поддержку в связи с открытием полосовых магнитных аномалий океанического дна. Они были интерпретированы как запись инверсий магнитного поля Земли, зафиксированные в намагниченности базальтов дна океана. После этого тектоника плит начала победное шествие в науках о Земле. Сейчас тектоника плит подтверждена прямыми измерениями скорости плит методом интерферометрии излучения от далёких квазаров и измерениями с помощью спутниковых навигационных систем GPS Результаты многолетних исследований полностью подтвердили основные положения теории тектоники плит.

Также развивались, а многие возникли, в XX веке и гуманитарные науки. Успешное использование научного метода в естественных науках впоследствии привело к применению той же методологии к изучению поведения человека и его социальной жизни.

Начало психологии как современной науки датируется концом XIX в. В 1879 году Вильгельм Вундт основал в Лейпциге первую лабораторию исключительно для психологичеких исследований. Среди других основателей современной психологии - Г. Эббингауз, И. П. Павлов и З. Фрейд. Их влияние на последующие работы в этой области, особенно влияние Фрейда, было чрезвычайно сильным, хотя и не столько в силу важности их собственных трудов, сколько в определении направления дальнейшего развития психологии. Однако уже в начале ХХ века теории Фрейда считали не очень научными. В это время были разработаны атомистический подход Титченера, бихевиоризм Джона Уотсона и ряд других направлений. К концу ХХ века было развито еще несколько новых междисциплинарных областей, в совокупности получивших название когнитивных наук. В них для исследования используют методы эволюционной психологии, лингвистики, информатики, нейробиологии и философии. Распространились новые методы изучения активности мозга, такие как позитронно-эмиссионная и компьютерная томография, а также работы по созданию искусственного интеллекта.

Продолжает развиваться в XX веке экономическая наука, основы которой заложил в XVIII веке Адам Смит. В 20-х годах Джон Мейнард Кейнс ввел в экономическое учение различие между микроэкономикой и макроэкономикой. Согласно кейнсианской теории, тенденции, складывающиеся в макроэкономике, могут оказывать регулирующее влияние на свободный экономический выбор субъектов микроэкономики. Чтобы регулировать рынок, государство может поддерживать совокупный спрос, поощряя экономическую экспансию национальной культуры. После Второй мировой войны Милтон Фридман создал еще одну популярную экономическую теорию - монетаризм. В рамках этого учения национальная валюта рассматривается как одно из средств государственного регулирования экономики, а ее главным регулирующим институтом является Центральный банк.

Развиваются и возникают также другие науки. Сказать обо всех достижениях науки XX века невозможно в силу ограничений, накладываемых объемом данной работы.

2. Наука в XXI веке

научный достижение теория относительность

В XXI веке наука продолжает свое развитие. Рассмотрим некоторые достижения науки первого десятилетия XXI века и главные задачи, которые стоят перед наукой ближайшего будущего.

Первое десятилетие XXI века отмечено в науке такими достижениями как постройка в ЦЕРНе и эксплуатация Большого адронного коллайдера - ускорителя высоких энергий, который должен помочь проверить фундаментальную физическую теорию суперсимметрии и обнаружить бозон Хиггса.

В январе 2003 года исследователь Университета штата Миссури Сергей Копейкин и астрофизик Эд Фомалонт предоставили информацию о том, что им удалось измерить скорость распространения гравитации. Она оказалась 0,95 скорости света с погрешностью в 20 % в полном соответствии с теорией относительности Эйнштейна. Астрономы открыли более 500 планет в Галактике, многие из них по размерам, массе и орбите похожи на нашу планету и, вероятно, обитаемы. С помощью космических аппаратов изучены кометы и спутники планет гигантов, в частности Титан. Обнаружена вода на Луне, с помощью автономных аппаратов изучается поверхность Марса. Бурно развивается новая отрасль науки, такая как нанотехнология.

Вот список основных научных достижений первого десятилетия XXI века по версии авторитетного журнала «Science».

1) Расшифровка геномов человека, мыши и многих других организмов, которая показала, что некодирующие последовательности занимают в геномах намного больше места, чем можно было ожидать. Основная функция этой «темной материи» состоит, судя по всему, в регуляции работы генов. Эта регуляция осуществляется с помощью белков и РНК, роль которой в работе клеток оказалась далеко не ограничена обеспечением механизмов синтеза белка. При этом на РНК, как выяснилось, считывается информация не только с генов, но и с большинства некодирующих последовательностей нуклеотидов в ДНК. Функции значительной части такой РНК ученым еще предстоит выяснить.

2) Новые методы космологии, позволившие как никогда точно рассчитать соотношение обычной материи, темной энергии и темной материи во Вселенной. Это удалось сделать во многом благодаря регистрации микроволнового фонового излучения, оставшегося от Большого взрыва и по-прежнему долетающего до Земли из отдаленных краев нашей стремительно расширяющейся Вселенной. Благодаря новым методам и новым теоретическим построениям, основанным на полученных с их помощью результатах, космология превратилась из области гипотез и догадок в довольно точную науку.

3) Новые методы палеонтологии, такие как рентгеноскопия пород, содержащих ископаемые остатки, в сочетании с компьютерным моделированием трехмерной структуры этих остатков, а также, и в особенности, анализ сохранившихся молекул ДНК и белков ископаемых организмов. Одним из самых громких достижений, сделанных с помощью анализа ДНК ископаемых остатков, стало открытие нового вида (или расы) древних людей, останки представителей которого сохранились в Денисовой пещере на Алтае.

4) Вода на Марсе: исследования последних лет показали, что на Марсе имеется вода в виде льда, которая сравнительно недавно (по геологическим меркам) могла находиться в жидком состоянии. Там, где есть жидкая вода, возможна и жизнь, поэтому, хотя науке по-прежнему неизвестно, есть ли (и была ли) жизнь на Марсе, теперь принципиальную возможность ее существования можно считать доказанной. Не исключено, что живые организмы могли некогда попасть с Марса на Землю с метеоритами, образовавшимися в результате столкновений с Марсом ряда астероидов.

5) Перепрограммирование клеток: методы молекулярной генетики позволили превращать дифференцированные клетки, извлеченные из многоклеточного организма, в плюрипотентные (из которых могут развиться клетки разных типов). Эти искусственные аналоги эмбриональных стволовых клеток уже широко используются в биологических и медицинских исследованиях. На их основе могут быть разработаны новые способы лечения множества болезней, в том числе таких, в борьбе с которыми медицина пока бессильна.

6) Микробиом человека: совокупность микроорганизмов (преимущественно бактерий), населяющих человеческое тело: пищеварительный тракт, кожу, половую систему. О существовании этих организмов было известно давно, но лишь в последние годы их совокупность стала предметом пристального изучения. Исследования показывают, что влияние микробиома на жизнь и здоровье организма намного больше, чем считалось ранее. То же относится к вирому - совокупности присутствующих в организме вирусов.

7) Экзопланеты (внесолнечные планеты, то есть планеты, вращающиеся не вокруг Солнца, а вокруг других звезд) были впервые открыты в конце XX века, хотя их существование предполагал еще Джордано Бруно. Новые методы, разработанные в начале XXI века, позволили поставить поиск таких планет на поток. Теперь их известно уже более пятисот, и их изучение дает богатый материал для выводов об устройстве планетных систем, а также об их происхождении и развитии.

8) Роль воспалений в хронических болезнях: до недавнего времени в воспалениях видели, прежде всего, защитную реакцию организма на заражение или повреждение. За последнее десятилетие открылась другая, темная сторона воспалений: их участие в развитии рака, сахарного диабета, болезни Альцгеймера и ряда других хронических заболеваний.

9) Метаматериалы - разработанные в течение последнего десятилетия оптические системы, обладающие отрицательным коэффициентом преломления и позволившие преодолеть пределы разрешения оптических линз, а также исследовать ряд ранее недоступных оптических эффектов.

10) Антропогенное потепление климата: за последнее десятилетие климатологи получили убедительные свидетельства того, что на нашей планете происходит глобальное потепление климата, а также того, что на этот раз оно вызвано хозяйственной деятельностью человечества. Последствия этого процесса могут быть катастрофическими, поэтому борьба с ним - одна из важнейших практических задач, стоящих как перед политиками, так и перед учеными. К сожалению, прогресс в этом направлении пока невелик.

Заключение

Этот список из десяти открытий, разумеется, отражает далеко не все выдающиеся достижения науки последних лет. Обсуждая эти достижения, главный редактор «Science» Брюс Альбертс задается вопросом о том, всегда ли науке будут открываться новые горизонты или рано или поздно все важнейшие открытия будут уже сделаны и ничего принципиально нового уже нельзя будет открыть. Как бы там ни было, в настоящее время ученые очень далеки от того, чтобы считать свое дело сделанным. Кроме того, можно надеяться на то, что такой момент никогда не настанет и, разгадывая одни тайны, наука всегда будет находить другие, более глубокие. Такой вариант выглядит привлекательнее для ученого, чем возможность прийти к окончательному финишу и почить на лаврах.

Список литературы

1. Архипкин В. Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира: учеб. пособие./В. Г. Архипкин. - Красноярск: гос. ун-т: Красноярска, 2002 г. - 320 с.

2. Дойч Д. Структура реальности/Д. Дойч; пер. с англ. - РХД - Москва-Ижевск, 2001 г. - 412 с.

3. Карпенко С. Х. Концепции современного естествознания: справочник/С. Х. Карпенко. - М.: Высшая школа, 2004 г. - 632 с.

4. Константинов В. М., Резанов А. Г., Фадеева Е. О. Общая биология: Учебник. - М.: Академия, 2008 г. - 256 с.

5. Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс астрономии/Э. В. Кононович, В. И. Мороз. - М.: УРСС, 2001 г. - 542с.

6. www.elementy.ru - Официальный сайт фонда «Династия».

Размещено на Allbest.ru