Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Соотношение основных естественных наук друг с другом
• 2. Автотрофные и гетеротрофные организмы
• 3. Общенаучное значение понятия энтропии: соотношение энергии, информации и энтропии
• 4. Тестовые задания
• Литература

1. Соотношение основных естественных наук друг с другом

Введение постулата неразрывного единства гуманитарной и естественнонаучной культур (и соответствующих типов наук) может быть оправдано несколькими соображениями.

1. И тот, и другой типы культур суть творения разума и рук человеческих. А человек при всей своей обособленности от природы продолжает быть ее неотъемлемой частью. Он существо биосоциальное. Эта объективная двойственность бытия человека в общем не мешает ему быть созданием достаточно цельным и умелым. Так почему бы такую целостность не воспроизвести естественнонаучному и гуманитарному типам культур?

2. Описываемые типы культур и составляющие их сердцевину науки активно формируют мировоззрение людей (каждый свою часть). В свою очередь мировоззрение также обладает характеристикой целостности: невозможно правым глазом видеть одно, а левым - совершенно другое, хотя разница, конечно, имеется. Мировоззрение человека (общие представления о том, как устроен природный и социальный мир в целом) не может быть разорванным, половинчатым. Поэтому гуманитарные и естественнонаучные знания вынуждены координироваться, взаимосогласовываться, как бы мучительно (вспомним хотя бы многовековую войну религии с наукой) это порой ни происходило.

3. Естественнонаучный и гуманитарный типы культур и наук имеют массу «пограничных» проблем, предметная область которых едина для того и другого. Решение таких проблем заставляет их сотрудничать друг с другом. Это, например, проблемы экологии, антропосоциогенеза, генной инженерии (применительно к человеку) и т.д.

4. Известно, что общественное разделение труда повышает его эффективность и порождает взаимозависимость людей. Этот «разделительный» процесс стягивает, консолидирует социальные общности гораздо сильнее, нежели выполнение одинаковых трудовых функций. Нечто подобное происходит и с размежеванием гуманитарной и естественнонаучной культур. Разделение их «труда» порождает необходимость «обмена продуктами и услугами», а значит, работает в целом на единство, общность человеческой культуры.

В частности, естествознание нуждается в «гуманитарной помощи» по следующим проблемам:

* интенсивное развитие естественных наук и создаваемых на их базе технологий способно порождать объекты, ставящие под угрозу существование всего человечества (ядерное оружие, генно-инженерные монстры и проч.); поэтому необходима гуманитарная экспертиза (проверка на совместимость с главной общественной ценностью - жизнью человека), а также этические, юридические и другие ограничители такой научной экспансии;

* вполне «законным» объектом естествознания является и сам человек в качестве элементарной «химической машины», биологической популяции или нейрофизиологического автомата; обойтись при этом без экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез естественные науки не могут, но определять пределы допустимости таких экспериментов лучше поручить наукам гуманитарным;

* главное оружие естественных наук заключено в их методах - способах, правилах, приемах научного исследования; учение о методах науки, а также их системная организация называются методологией; как ни парадоксально, но методология естествознания (анализ системы используемых методов, их эволюции, границ применимости и т.д.) составляет также и предмет науки гуманитарного профиля;

* основным критерием истинности всякого знания является, как известно, практика; однако ее порой бывает недостаточно для подтверждения той или иной гипотезы, и тогда в ход идут дополнительные критерии истины: например, внутренняя красота теории, ее стройность, гармоничность и т.д.; в таких случаях естествознание охотно пользуется гуманитарным инструментарием;

* и, наконец, самое главное: все, что делает человек (в том числе и в сфере естественнонаучного знания и культуры), должно быть наполнено смыслом, целесообразностью; а постановка целей развития естественнонаучной культуры не может быть осуществлена внутри нее самой, такая задача неизбежно требует большей широты обзора, позволяющей учитывать и основные гуманитарные ценности.

Гуманитарное знание, со своей стороны, также по мере возможности пользуется достижениями естественнонаучной культуры:

* рассуждая, допустим, о месте человека в мире, разве можно не принимать во внимание естественнонаучные представления о том, что этот мир собой представляет;

* а чего стоило бы гуманитарное знание без современных средств его распространения, которые являются плодами развития естественнонаучных отраслей знания;

* достижения естествознания важны гуманитариям и в качестве примера, образца строгости, точности и доказательности научного знания;

* там, где возможно, гуманитарное знание с удовольствием пользуется количественными методами исследования; примеры - экономические науки, лингвистика, логика и т.д.;

* гуманитарное знание имеет дело в основном с идеальными объектами (смыслами, целями, значениями и проч.); но идеальное само по себе не существует, оно возможно только на какой-либо материальной основе; поэтому многие особенности социального поведения человека необъяснимы без обращения к такой материальной основе, а это - сфера компетенции естественнонаучного знания; ведь даже сама склонность человека к гуманитарным или естественным наукам предопределяется, в частности, функциональными различиями правого и левого полушарий его головного мозга!

5. Любопытно также, что единство обоих рассматриваемых типов культур и наук проявляется не только в стремлении к истине, но и в схожести заблуждений. Так, в целом равновесная, статичная картина мира времен классического естествознания, а точнее, наполненный ею «дух эпохи» заставил даже такого гуманитарного революционера, как Карл Маркс, провозгласить целью исторического развития социально однородное, бесклассовое общество.

6. Не менее очевидна и корреляция между радикальными поворотами в судьбах естественнонаучной и гуманитарной культур. Так, переход естествознания в начале XX в. от классического к неклассическому этапу своего развития соответствует аналогичной трансформации гуманитарной культуры. Модернизм как отрицание и «преодоление» классики в искусстве, архитектуре, религии, гуманитарных науках не случайно утверждается в своих правах в тот же самый период. Поворот естествознания от описания реальности «как она есть» к ее «реконструкции» в соответствии с целями и возможностями субъекта познания удивительнейшим образом напоминает борьбу авангардизма с реализмом в искусстве, экспансию релятивизма и субъективизма в историю, социологию, философию и т.д.

7. Неклассический этап развития естественных и гуманитарных наук выявил, между прочим, и относительность критериев их разграничения. В частности, выяснилось, что строгое разделение субъекта и объекта познания невозможно не только в обществознании, но и в исследованиях микромира (теоретическое описание квантового объекта обязательно включает ссылку на наблюдателя и средства наблюдения). Под вопросом оказалось и безразличие естествознания к социальным ценностям: возрастание роли науки в жизни общества неизбежно привлекает внимание к вопросам ее общей социальной обусловленности, во-первых, и социальных последствий ее применения, во-вторых. Но и то, и другое неминуемо затрагивает область человеческих ценностей.

Следовательно, в перечисленных выше аргументах единство естественнонаучной и гуманитарной культур проступает достаточно очевидно. Их строгая демаркация, характерная для XIX - первой половины XX в., в наши дни все больше ослабевает. Тенденция к преодолению пугающего разрыва двух типов культур формируется объективно, «естественным» ходом развития событий в социокультурной сфере.

Итак, единство и взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур и соответствующих типов наук реально проявляется в последней четверти XX в. в следующем:

* в изучении сложных социоприродных комплексов, включающих в качестве компонентов человека и общество, и формировании для этой цели «симбиотических» видов наук: экологии, социобиологии, биоэтики и др.;

* в осознании необходимости и реальной организации «гуманитарных экспертиз» естественнонаучных программ, предусматривающих преобразования объектов, имеющих жизненно важное значение для человека;

* в формировании общей для гуманитарных и естественных наук методологии познания, основанной на идеях эволюции, вероятности и самоорганизации;

* в гуманитаризации естественнонаучного и технического образования, а также в фундаментации естествознанием гуманитарного образования;

* в создании дифференцированной, но единой системы ценностей, которая позволила бы человечеству четче определить перспективы своего развития в XXI в.

В заключение стоит отметить, что, несмотря на всю неоспоримость тенденции сближения естественнонаучной и гуманитарной культур, речь вовсе не идет о полном их слиянии в обозримом будущем. Да и нет в том особой нужды. Вполне достаточно разрешения конфликта между ними в духе принципа дополнительности.

2. Автотрофные и гетеротрофные организмы

По способу питания все обитатели нашей планеты делятся на две группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные (греч. autos. - сам, trophe - пища) организмы обладают способностью создавать органические вещества из неорганических, которые затем используются гетеротрофными организмами. Использование органических веществ в качестве пищи у гетеротрофных организмов различное. Одни используют в качестве пищи живые растения или их плоды, другие - мертвые остатки растений и животных, третьи - убитых животных и т. д. Каждый организм в природе в конечном счете прямо или косвенно служит источником питания. В то же время сам он существует за счет других или продуктов их жизнедеятельности. Следовательно, в круговороте веществ участвуют следующие три группы организмов:

1. Продуценты (производители) - автотрофные организмы, создающие органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Основным продуцентом в биосфере являются зеленые растения.

Хемосинтез - преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.

Только продуценты способны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.

2. Консументы (потребители) - гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных. К консументам первого порядка относятся, например, некоторые рыбы, питающиеся фитопланктоном; к консументам второго порядка - хищники и паразиты растительноядных организмов. Встречаются консументы третьего и четвертого порядка (сверхпаразиты, суперпаразиты и т. д.). Всего в цепях питания обычно бывает не более пяти звеньев.

В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

- фитофаги (растительноядные) - это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.

- хищники (плотоядные) - консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными.

- эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

3. Редуценты (восстановители) - животные, питающиеся разлагающимися организмами (сапрофиты).

Существует два основных класса редуцентов:

- Детритофаги - напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки (пример: шакалы, грифы, дождевые черви).

- Деструкторы - разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения). Примером могут служить грибы и микроскопические одноклеточные бактерии. Они способствуют минерализации органических веществ, их переходу в продуцентное состояние. Особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислоту, воду, простейшие органические вещества и т.д.), используемые в дальнейшем растениями для фотосинтеза новых органических веществ. При непосредственном участии микроорганизмов в круговорот включается любая форма жизни. С их помощью осуществляется естественная регуляция биосферы.

Функционирующее в биосфере живое вещество постоянно осуществляет круговорот веществ и превращение энергии. Согласно Вернадскому, живое вещество осуществляет в биосфере три основные функции. Газовая функция состоит в том, что зеленые растения выделяют при фотосинтезе кислород, а при дыхании - углекислый газ. Животные также выделяют углекислый газ, а многие бактерии образуют различные газы, восстанавливая азот, сероводород и др. Без деятельности живых организмов состав атмосферы был бы совершенно иным. Концентрационная функция осуществляется благодаря тому, что живые организмы захватывают необходимые им химические элементы и накапливают их в местах своего обитания. Окислительно-восстановительная функция проявляется в окислении и восстановлении химических веществ в воде и почве, в результате чего образуются отложения различных руд, бокситов, известняков и др. Эта функция в основном осуществляется бактериями.

Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основу биологического круговорота, обеспечивающего существование жизни, составляют солнечная энергия и улавливающий ее хлорофилл зеленых растений. В круговороте веществ и энергии участвует каждый живой организм, поглощая из внешней среды одни вещества и выделяя в нее другие. Биогеоценозы, состоящие из большого числа видов живых организмов и косных компонентов среды, осуществляют циклы, по которым передвигаются атомы различных химических элементов (биогенная миграция атомов). Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные вещества и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают выделенный растениями кислород, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют воду и углекислый газ. После гибели тела животных разлагаются при участии грибов и бактерий. При этом образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву, где усваиваются растениями. Атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию через многие живые организмы и косную среду.

Различают два вида биогенной миграции атомов: миграция первого рода, более интенсивная, производится микроорганизмами, а миграция второго рода - многоклеточными организмами. Без миграции атомов жизнь на Земле не могла бы существовать: растения без животных и бактерий вскоре исчерпали бы запасы углекислого газа и минеральных веществ, а животные без растений лишились бы источника энергии и кислорода.

3. Общенаучное значение понятия энтропии: соотношение энергии, информации и энтропии

автотрофный энтропия естественный электромагнетизм

Понятие энтропии было введено Р. Клаузиусом, сформулировавшим второе начало термодинамики, согласно которому переход теплоты от более холодного тела к более теплому не может происходить без затраты внешней работы.

Позднее Р. Больцман дал статистическую трактовку энтропии через вероятность нахождения молекул идеального газа в некоторой фиксированной ячейке фазового пространства. В этой трактовке, ставшей для нас привычной, понятие энтропии играет существенную роль как своеобразная мера упорядоченности физической системы.

Сам факт, что изучение порядка оказывается возможным в терминах случайных событий, весьма любопытен с методологической точки зрения. В самом деле, с понятием порядка, упорядоченности связывают обычно наличие строгой закономерности в расположении элементов системы, жесткой детерминации отношений и связей между ними. Порядок исключает хаос. Но вот оказывается, что упорядоченность можно оценить и измерить лишь при условии, что система будет описываться как статистический объект, в котором допускаются хаос и неразбериха. Другими словами, порядок предполагает хаос.

Глубокая связь между понятиями порядка и хаоса, организации и дезорганизации послужила сильнейшим стимулом к проведению целого ряда серьезных исследований понятия энтропии и её роли как в области физических явлений, так и в мире живой природы.

Энтропия характеризует определенную направленность процесса в замкнутой системе. В соответствии со вторым началом термодинамики возрастанию энтропии соответствует направление теплового потока от более горячего тела к менее горячему. Непрерывное возрастание энтропии в замкнутой системе происходит до тех пор, пока температура не выровняется по всему объему системы. Наступает, как говорят, термодинамическое равновесие системы, при котором исчезают направленные тепловые потоки и система становится однородной.

Абсолютное значение энтропии зависит от целого ряда физических параметров. При фиксированном объеме энтропия увеличивается с увеличением температуры системы, а при фиксированной температуре увеличивается с увеличением объема и уменьшением давления. Нагревание системы сопровождается фазовыми превращениями и снижением степени упорядоченности системы, поскольку твердое тело переходит в жидкость, а жидкость превращается в газ. При охлаждении вещества происходит обратный процесс, упорядоченность системы возрастает. Эта упорядоченность проявляется в том, что молекулы вещества занимают все более определенное положение относительно друг друга. В твердом теле их положение фиксировано структурой кристаллической решетки (с точностью до колебательного процесса, интенсивность которого зависит от температуры тела).

Следует подчеркнуть, что формальное определение энтропии само по себе не опирается на субстанциональные характеристики систем. Другими словами, вовсе не важно, из чего построена система. Зато важно, как она себя ведет: является ли ее поведение детерминированным, однозначно определенным или существенную роль играют случайные процессы. Легко поэтому понять, почему энтропия оказывается важной категорией также за пределами физики, в отраслях науки, где изучаются вероятностные процессы, в том числе в теории информации.

Математическая теория информации ведет свое летосчисление от работ Н. Винера и К. Шеннона, появившихся в конце 1950-х гг. Теория была построена на базе статистических методов. Понятие энтропии играет в ней центральную роль как мера информации, точнее, как мера неопределенности. Снятие неопределенности (уничтожение энтропии) трактуется как акт получения информации. Где появляется информация, там исчезает энтропия.

Следует, однако, отметить, что анализ конкретных организационных структур при помощи энтропийных критериев не привел к сколько-нибудь интересным результатам. И это, по-видимому, не случайно. Одна из причин заключается в том, что энтропия - слишком общая характеристика системы, не учитывающая специфических особенностей конкретных организационных структур. Имеются и другие причины более принципиального свойства. Одна из них - функциональная природа энтропии. Будучи функциональной характеристикой системы, энтропия, вообще говоря, не затрагивает внутренних структурных особенностей системы, а определяет черты ее поведения в целом. С этой причиной тесно связана вторая - зависимость величины энтропии от наблюдателя. Как уже говорилось, акт наблюдения приводит к понижению энтропии системы за счет превращения ее в информацию.

Оценка упорядоченности с помощью энтропии также имеет свои особенности. Упорядоченность здесь оценивается лишь в смысле однозначной определенности состояний. Неподвижная груда кирпичей и построенный из кирпичей дом могут оказаться одинаково хорошо упорядоченными с точки зрения энтропийной оценки, поскольку в обоих случаях положение кирпичей фиксировано, однозначно определено.

В 1929 г. немецкий физик Сциллард, анализируя известный мысленный эксперимент с "демоном Максвелла", показал, что энтропия, теряемая газом за счет разделения молекул на медленные и быстрые, в точности равна информации, получаемой "демоном Максвелла". Другими словами, сумма энтропии и информации в системе "газ-наблюдатель" оказалась постоянной величиной.

Это явилось своего рода сенсацией. В самом деле, здесь мы сталкиваемся с довольно необычной ситуацией. Физическая характеристика становится мерой познания. Причем наблюдатель узнаёт о системе ровно столько, сколько она теряет. Познавая систему, он изменяет ее, "нарушая" при этом второе начало термодинамики. Собственно говоря, такое нарушение действительно неизбежно, поскольку вмешательство наблюдателя, проводящего измерения в системе, нарушает ее замкнутость, а следовательно, исчезают условия, при которых бывает справедлив закон возрастания энтропии.

Можно ли считать, что энтропия действительно способна превращаться в информацию? Некоторые авторы настроены в этом отношении весьма скептически, полагая, что физическая энтропия и энтропия в теории информации имеют лишь формальное и, следовательно, случайное сходство. Другие авторы прямо говорят о том, что энтропия переходит в информацию и что получение наблюдателем какой-либо информации о системе неизбежно приводит к эквивалентному снижению энтропии в этой системе.

Большинство советских философов сходятся на том, что тесная взаимосвязь энтропии и информации не случайна. Вместе с тем сейчас уже не вызывает сомнений, что понятие информации выходит за рамки обычной статистической трактовки и не может быть сведено к энтропии. Его анализ требует более широкого подхода.

Мнение Л. Бриллюэна о том, что энтропия и информация не могут трактоваться порознь и всегда должны рассматриваться совместно, в настоящее время опровергнуто мощным потоком работ по "разнообразностной", семантической и прагматической концепциям информации. Как справедливо отмечает Б.В. Бирюков, статистическая трактовка информации в духе шенноновской теории "положила лишь начало работе по уточнению понятия информации". Это, впрочем, не означает, что анализ глубокой взаимосвязи между энтропией и информацией, проведенный Л. Бриллюэном, лишается смысла. Идея Л. Бриллюэна, пишет Б.В. Бирюков, "имела существенное значение для развития материалистической интерпретации информации (количества информации). Такая интерпретация направлена против спиритуалистских и неопозитивистских интерпретаций феномена информации". Дальнейшее развитие этой интерпретации продолжает оставаться актуальным и сейчас, в особенности если учесть, что дисциплины, в рамках которых строятся надлежащие экспликации анализируемых понятий (в данном случае теория Хартли-Шеннона), существенно помогают, как пишет Б.В. Бирюков, А.Д. Урсул и Г.Н. Поваров, философской мысли.

4. Тестовые задания

1. Какой научный труд содержит первую систематизацию электрических и магнитных явлений:

a) «Общая теория Земного магнетизма» Гаусса;

b) «О силах электричества при мышечных движениях» Гальвани;

c) «О магните, магнитных телах и великом магните Земли»Гильберта;

d) «Трактат об электричестве» Максвелла;

e) «Экспериментальные исследования по электричеству» Фарадея?

2. Какой принцип лежит в основе теории электромагнетизма Максвелла:

a) Дальнодействие;

b) Близкодействие;

c) Дополнительности;

d) Симметрии;

e) Относительности?

3. Как называется механика, основанная на специальном принципе относительности Эйнштейна:

a) Классическая;

b) Квантовая;

c) Теоретическая;

d) Релятивистская;

e) Механика сплошных сред?

4. Какой из эффектов назвал Эйнштейн для подтверждения общей теории относительности:

a) Поворот орбиты Меркурия;

b) Солнечное затмение;

c) Наличие фаз у Венеры;

d) Землетрясение;

e) Солнцестояние?

5. Кто из ученых в 1970 г. теоретически подтвердил концепцию Большого взрыва:

a) Хаббл;

b) Фридман;

c) Шкловский;

d) Эйнштейн;

e) Хокинг?

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М., 1997.

2. Игнатова В.А. Основы современного естествознания. - Тюмень, 1997.

3. Лавриненко В.Н., Ратников В.П. Концепции современного естествознания. - М., 1997.

4. Рузавин И.И. Концепции современного естествознания. - М., 1997.

5. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М., 1998.

Размещено на Allbest.ru