Fé e Ciências Naturais. Capítulo II. conhecimento de ciências naturais

I. Conhecimento de ciências naturais e suas características

A ciência é um dos componentes mais antigos, importantes e complexos da cultura humana. Este é também todo um mundo diverso de conhecimento humano, que permite a uma pessoa transformar a natureza e adaptá-la para atender às suas necessidades materiais e espirituais cada vez maiores. Este é um sistema complexo atividades de pesquisa visando a produção de novos conhecimentos. É também uma instituição social que organiza os esforços de centenas de milhares de cientistas pesquisadores que dão seu conhecimento, experiência, energia criativa para compreender as leis da natureza, da sociedade e do próprio homem.

A ciência está intimamente ligada à produção material, à prática de transformar a natureza e as relações sociais. A maior parte da cultura material da sociedade foi criada com base na ciência, principalmente nas conquistas da ciência natural. A imagem científica do mundo sempre foi a parte mais importante da visão de mundo humana. Compreensão científica natureza, especialmente na era atual, determina significativamente o conteúdo do mundo espiritual uma pessoa, o alcance de suas ideias, sensações, experiências, a dinâmica de suas necessidades e interesses.

A palavra "ciência natural" (natural - natureza) significa conhecimento sobre a natureza, ou ciência natural. Em latim, a palavra "natureza" corresponde à palavra natura, portanto, em alemão, que se tornou nos séculos 17-19. a linguagem da ciência, tudo sobre a natureza começou a ser chamado de "Naturwissenchaft". Na mesma base, surgiu o termo "filosofia natural" - a filosofia geral da natureza. No grego antigo, a palavra "natureza" é muito próxima da palavra "physis" ("fusis").

Inicialmente, todo o conhecimento sobre a natureza realmente pertencia à física (nos tempos antigos - "fisiologia"). Assim, Aristóteles (século III aC) chamou seus predecessores de "físicos" ou fisiologistas. A física tornou-se assim a base de todas as ciências naturais.

Existem atualmente duas definições de ciência natural.

1. A ciência natural é a ciência da natureza como uma entidade única.

2. Ciências naturais - conjunto de ciências sobre a natureza, tomadas como um todo.

A primeira definição fala de uma ciência unificada da natureza, enfatizando a unidade da natureza, sua indivisibilidade. A segunda fala da ciência natural como uma totalidade, ou seja, conjunto de ciências que estudam a natureza, embora contenha a frase de que esse conjunto deve ser considerado como um todo único.

As ciências naturais incluem física, química, biologia, cosmologia, astronomia, geografia, geologia e, em parte, psicologia. Além disso, existem muitas ciências que surgiram na intersecção destas (astrofísica, físico-química, biofísica, etc.).

O objetivo da ciência natural, em última análise, é uma tentativa de resolver os chamados "enigmas do mundo" formulados no final do século 19 por E. Haeckel e E. G. Dubois-Reymond. Aqui estão esses enigmas, dois dos quais relacionados à física, dois à biologia e três à psicologia (Fig. 1):

A ciência natural, em desenvolvimento, aproxima-se da solução desses enigmas, mas surgem novas questões, e o processo de cognição é interminável. De fato, nosso conhecimento pode ser comparado a uma esfera em expansão. Quanto mais larga a esfera, mais pontos de contato ela tem com o desconhecido. Um aumento no escopo do conhecimento leva ao surgimento de novos, Questões não resolvidas.

A tarefa da ciência natural é o conhecimento das leis objetivas da natureza e a promoção de sua uso pratico no interesse do homem. O conhecimento das ciências naturais é criado como resultado da generalização das observações obtidas e acumuladas no processo das atividades práticas das pessoas, e é ele próprio base teórica suas atividades.

O assunto da ciência natural é a natureza. A natureza é todo o mundo material-energético e informacional do Universo. As origens da compreensão moderna da natureza remontam aos tempos antigos. As primeiras interpretações da natureza tomaram forma como um mito sobre a origem (nascimento) do mundo e seu desenvolvimento, ou seja, cosmogonia. O significado interno dessas lendas expressa a transição do caos desorganizado para um cosmos ordenado. O mundo nas cosmogonias nasce dos elementos naturais: fogo, água, terra, ar; um quinto elemento, éter, às vezes é adicionado a eles. Tudo isso é o material primário para a construção do espaço. Elementos conectam e separam.

A imagem da natureza nasce nos mitos, nas várias cosmogonias e na teogonia (literalmente: "o nascimento dos deuses"). O mito sempre reflete uma determinada realidade, ele figurativamente, na forma de histórias fantásticas, expressa o desejo de conhecimento dos fenômenos naturais, das relações sociais e da natureza humana.

Mais tarde, surgiu a filosofia natural (filosofia da natureza), que, apesar da semelhança das imagens cosmogônicas, era fundamentalmente diferente da mitologia.

Na mitologia, a natureza é visualmente, em forma simbólica, retratada como uma espécie de espaço dentro do qual se desenvolve a atividade das forças divinas e cósmicas. A filosofia natural tentou expressar uma visão geral da natureza como um todo e apoiá-la com evidências.

Na filosofia antiga, a natureza tornou-se objeto de reflexão teórica. A Naturphilosophy tentou desenvolver uma visão única e internamente consistente da natureza. Compreendendo o fenômeno da natureza, a filosofia natural tenta compreendê-lo a partir de dentro, de si mesma, ou seja. revelar tais leis da existência da natureza que não dependem do homem. Em outras palavras, tal imagem da natureza foi gradualmente formada, que, se possível, foi despojada de idéias puramente humanas, que muitas vezes comparavam a natureza ao próprio homem e, portanto, podiam distorcer a vida verdadeira e independente da natureza. Assim, a tarefa era saber como é a natureza em si, sem o homem.

Já os primeiros filósofos consideraram problemas tão importantes que serviram de base para o desenvolvimento do conhecimento científico. Estes incluem: matéria e sua estrutura; atomística - a doutrina de que o mundo consiste em átomos, as menores partículas indivisíveis da matéria (Leucipo, Demócrito); harmonia (matemática) do Universo; a proporção de matéria e força; proporção de orgânicos e inorgânicos.

Em Aristóteles, o maior filósofo Na Grécia Antiga (século IV aC), a compreensão da natureza já recebeu o status de ensino holístico. Ele identificou a filosofia natural com a física, estudou questões sobre a composição corpos físicos, tipos de movimento, causalidade, etc. Aristóteles definiu a natureza como um organismo vivo, movido por um fim em si mesmo e produzindo toda a variedade de objetos nele incluídos, porque tem uma alma, uma força interna - enteléquia. Aristóteles não reduziu o movimento apenas ao movimento no espaço, mas também considerou formas como a emergência e a destruição, mudanças qualitativas.

Na era do helenismo, a filosofia natural começou a confiar não apenas no raciocínio filosófico, mas também em extensas observações em astronomia, biologia, geografia e física. Nesta época, aparece o próprio termo "filosofia natural", que foi introduzido pelo filósofo romano Sêneca. Como na filosofia antiga se acreditava que a filosofia deveria se elevar acima da vida cotidiana, o ordinário, na medida em que esta condenava a filosofia natural à especulação, esquemas e teorias inventadas começaram a dominar nela.

Na cultura medieval, acreditava-se que a natureza fala às pessoas na linguagem simbólica da vontade divina, uma vez que a natureza e o homem são criação de Deus. Mas no Renascimento que se seguiu à Idade Média, essa visão mudou significativamente. A Naturfilosofia divergiu em duas direções: 1 - o misticismo deu continuidade à tradição dos conceitos especulativos da natureza; 2 - "magia", a partir da qual uma ciência experimental - a ciência natural - foi se formando gradativamente. A transição da imagem religiosa do mundo para a ciência natural foi facilitada pelo surgimento de uma visão especial do mundo, chamada de "panteísmo" ("ateuísmo"). O panteísmo é a doutrina de que tudo é Deus; identificação de Deus e do universo. Este ensinamento diviniza o universo, cria um culto à natureza, reconhece a infinidade do universo e a inumerável multidão de seus mundos.

G. Galileu desempenhou um papel especial na criação de métodos para o estudo científico e experimental da natureza, argumentando que o livro da natureza é escrito em triângulos, quadrados, círculos, etc.

Com a formação da ciência e métodos da ciência natural, nos séculos 17-18. filosofia natural mudou significativamente. I. Newton, o criador da imagem mecânica do mundo, entendia a filosofia natural como uma doutrina da natureza teórica, matematicamente construída, "a ciência exata da natureza". Nesta imagem do mundo, a natureza foi identificada com um relógio.

A rejeição da compreensão divina e poética da natureza levou a uma mudança de atitude em relação à natureza. Torna-se objeto de exploração ativa - intelectual e industrial. A natureza é uma oficina. Pe. Bacon chama o cientista de cientista natural que, por meio de experimentos, arranca da natureza seus segredos. A tarefa mais importante da ciência é conquistar a natureza e aumentar o poder do homem: “Conhecimento é poder!”

Assim, a natureza atua como um conceito generalizado, às vezes identificado com o cosmos sem limites. Ao mesmo tempo, o processo de desenvolvimento da ciência natural e a especialização em ciência associada a esse processo levaram ao fato de que a natureza deixou de existir como um todo para os especialistas, acabou sendo fragmentada. A conquista da natureza, a criação da cultura da máquina destrói a integridade da própria natureza, bem como os laços internos do homem com a natureza, o que o leva a uma catástrofe ecológica. A necessidade de tal organização de interação entre sociedade e natureza, que atenda às necessidades das gerações futuras e resolva o problema da sobrevivência da humanidade, envolve não apenas a formação da chamada ética ambiental, mas também um repensar da próprio conceito de “natureza”, no qual uma pessoa deve ser “inscrita”. Há argumentos inegáveis ​​que definem a “face humana” da natureza:

a natureza é tal que tem a possibilidade e a necessidade de gerar uma pessoa. Todas as constantes físicas que caracterizam as estruturas fundamentais do mundo são tais que somente com elas uma pessoa poderia existir. Na ausência do homem, não haveria ninguém para conhecer a natureza.

O homem nasce da natureza. Considere o desenvolvimento do embrião humano.

· a base natural do homem é o fundamento sobre o qual é possível o surgimento de um ser especificamente humano, consciência, atividade, cultura.

Assim, a compreensão moderna da natureza como assunto das ciências naturais envolve o desenvolvimento de novas formas de estudá-la, a formação de abordagens de integração e conexões interdisciplinares. Portanto, ideias fundamentalmente novas da imagem científica moderna do mundo não mais se encaixam na compreensão tradicional da natureza para a abordagem tecnogênica como um “mecanismo morto” com o qual se pode experimentar e que pode ser dominado em partes, transformando-o e subordinando-o ao cara.

A natureza começa a ser entendida como um organismo vivo holístico. Quase até meados do século 20, tal compreensão da natureza era percebida como uma espécie de relíquia ou um retorno à consciência mitológica. No entanto, como as ideias de V.I. Vernadsky sobre a biosfera foram estabelecidas na ciência e amplamente divulgadas, após o desenvolvimento da ecologia moderna, uma nova compreensão da natureza como um organismo, e não um sistema mecânico, tornou-se um princípio científico. Uma nova compreensão da natureza estimulou a busca de novos ideais de relação do homem com a natureza, que se tornariam a base para a solução dos problemas globais modernos.

Todos os estudos da natureza hoje podem ser visualizados como uma grande rede composta por ramos e nós. Essa rede liga vários ramos das ciências físicas, químicas e biológicas, incluindo as ciências sintéticas que surgiram na junção de grandes áreas (bioquímica, biofísica, etc.).

Mesmo estudando o organismo mais simples, devemos levar em conta que é uma unidade mecânica, um sistema termodinâmico e um reator químico com fluxos multidirecionais de massas, calor, impulsos elétricos; é, ao mesmo tempo, uma espécie de "máquina elétrica" ​​que gera e absorve a radiação eletromagnética. E, ao mesmo tempo, não é nem um nem outro, é um todo único.

A ciência natural moderna é caracterizada pela interpenetração Ciências Naturais entre si, mas também tem uma certa ordem, hierarquia.

Em meados do século XIX, o químico alemão Kekule compilou uma sequência hierárquica de ciências de acordo com o grau de aumento de sua complexidade (ou melhor, de acordo com o grau de complexidade dos objetos e fenômenos que estudam).

Essa hierarquia das ciências naturais tornou possível, por assim dizer, “deduzir” uma ciência de outra. Então a física (seria mais correto - uma parte da física, teoria cinética molecular) foi chamada de mecânica das moléculas, química, física dos átomos, biologia - a química das proteínas ou corpos proteicos. Este esquema é bastante condicional. Mas nos permite esclarecer um dos problemas da ciência - o problema do reducionismo.

O reducionismo (lat. redução reductio) é definido como o domínio da abordagem analítica, direcionando o pensamento para a busca dos elementos mais simples e indecomponíveis. O reducionismo na ciência é o desejo de descrever fenômenos mais complexos na linguagem da ciência que descreve fenômenos menos complexos ou uma classe de fenômenos (por exemplo, reduzir a biologia à mecânica etc.). Uma variação do reducionismo é o fisicalismo - uma tentativa de explicar toda a diversidade do mundo na linguagem da física.

O reducionismo é inevitável na análise de objetos e fenômenos complexos. No entanto, o seguinte deve ser bem entendido aqui. É impossível considerar a atividade vital de um organismo reduzindo tudo à física ou à química. Mas é importante saber que as leis da física e da química são válidas e devem ser observadas também para objetos biológicos. É impossível considerar o comportamento humano na sociedade apenas como um ser biológico, mas é importante saber que as raízes de muitas ações humanas estão no passado pré-histórico profundo e são resultado do trabalho de programas genéticos herdados de ancestrais animais.

Atualmente, foi alcançada uma compreensão da necessidade de uma visão holística e holística (todo inglês) do mundo. O holismo, ou integratismo, pode ser visto como o oposto do reducionismo, como o desejo inerente da ciência moderna de criar um conhecimento verdadeiramente generalizado e integrado da natureza.

O sistema das ciências naturais pode ser representado como uma espécie de escada, cada degrau do qual é o fundamento da ciência que o segue e, por sua vez, é baseado nos dados da ciência anterior.

A base, o fundamento de todas as ciências naturais, sem dúvida, é a física, cujo assunto são os corpos, seus movimentos, transformações e formas de manifestação em vários níveis. Hoje é impossível se envolver em qualquer ciência natural sem conhecer física. Dentro da física, há um grande número de subseções que diferem em seu assunto específico e métodos de pesquisa. O mais importante entre eles é a mecânica - a doutrina do equilíbrio e movimento dos corpos (ou suas partes) no espaço e no tempo. O movimento mecânico é a forma mais simples e ao mesmo tempo a mais comum de movimento da matéria. A mecânica foi historicamente a primeira ciência física e por muito tempo serviu de modelo para todas as ciências naturais. As seções de mecânica são:

estática, que estuda as condições de equilíbrio dos corpos;

a cinemática, que trata do movimento dos corpos do ponto de vista geométrico;

dinâmica, considerando o movimento dos corpos sob a ação
forças aplicadas.

A mecânica também inclui hidrostática, pneumática e hidrodinâmica.

A mecânica é a física do macrocosmo. Nos tempos modernos, nasceu a física do microcosmo. Baseia-se na mecânica estatística, ou teoria cinética molecular, que estuda o movimento de moléculas de líquidos e gases. Mais tarde veio a física atômica e a física de partículas elementares. As seções da física são a termodinâmica, que estuda os processos térmicos; física das oscilações (ondas), intimamente relacionada à óptica, eletricidade, acústica. A física não se esgota nessas seções; nelas aparecem constantemente novas. disciplinas físicas.

O próximo passo é a química, que estuda os elementos químicos, suas propriedades, transformações e compostos. O fato de ser baseado na física é comprovado com muita facilidade. Para fazer isso, basta relembrar as aulas de química da escola, que falavam sobre a estrutura dos elementos químicos e suas camadas eletrônicas. Este é um exemplo de uso conhecimento físico em química. Em química, química inorgânica e orgânica, química de materiais e outras seções são distinguidas.

Por sua vez, a química está subjacente à biologia - a ciência dos vivos, que estuda a célula e tudo o que dela deriva. O conhecimento biológico é baseado no conhecimento sobre a matéria, os elementos químicos. Entre as ciências biológicas, deve-se destacar a botânica (o assunto é o reino vegetal), a zoologia (o assunto é o mundo animal). Anatomia, fisiologia e embriologia estudam a estrutura, funções e desenvolvimento do corpo. A citologia examina a célula viva, a histologia - as propriedades dos tecidos, a paleontologia - os restos fósseis da vida, a genética - os problemas de hereditariedade e variabilidade.

As ciências da terra são o próximo elemento na estrutura das ciências naturais. Este grupo inclui geologia, geografia, ecologia, etc. Todos eles consideram a estrutura e desenvolvimento do nosso planeta, que é uma combinação complexa de fenômenos e processos físicos, químicos e biológicos.

Essa grandiosa pirâmide de conhecimento sobre a Natureza é completada pela cosmologia, que estuda o Universo como um todo. Parte desse conhecimento é a astronomia e a cosmogonia, que investigam a estrutura e a origem dos planetas, estrelas, galáxias, etc. A este nível há um novo retorno à física. Isso nos permite falar sobre a natureza cíclica e fechada da ciência natural, que obviamente reflete uma das propriedades mais importantes da própria Natureza.

A estrutura das ciências naturais não se limita às ciências mencionadas acima. O fato é que na ciência existem processos complexos de diferenciação e integração do conhecimento científico. A diferenciação da ciência é a alocação dentro de qualquer ciência de áreas de pesquisa mais restritas e privadas, sua transformação em ciências independentes. Assim, dentro da física, a física do estado sólido e a física do plasma se destacaram.

A integração da ciência é o surgimento de novas ciências nas junções das antigas, o processo de combinação do conhecimento científico. Exemplos de tais ciências são: físico-química, física química, biofísica, bioquímica, geoquímica, biogeoquímica, astrobiologia, etc.

Assim, a pirâmide construída das ciências naturais torna-se muito mais complicada, incluindo um grande número de elementos adicionais e intermediários.

Deve-se notar também que o sistema das ciências naturais não é de forma alguma inabalável, não apenas novas ciências aparecem constantemente nele, mas seu papel também muda, e o líder em ciências naturais muda periodicamente. Assim, desde o século XVII. até meados do século XX. tal líder, sem dúvida, era a física. Mas agora essa ciência dominou quase completamente seu campo de realidade, e a maioria dos físicos está envolvida em pesquisas de natureza aplicada (o mesmo se aplica à química). Hoje, a pesquisa biológica está crescendo (especialmente nas áreas de fronteira - biofísica, bioquímica, biologia molecular). Segundo alguns dados, em meados da década de 1980, até 50% dos cientistas norte-americanos estavam empregados nas ciências biológicas e 34% em nosso país. Os EUA, a Grã-Bretanha sem objeções financiam as mais diferentes pesquisas biológicas. Portanto, o século 21 obviamente se tornará o século da biologia.

Tudo o que envolve uma pessoa é matéria em várias formas de sua manifestação. Todo o conjunto de manifestações da matéria forma um único sistema - o Universo. Levou milênios para uma pessoa ser capaz de compreender cientificamente seu ser em escala global. Isso levou no atual estágio de desenvolvimento do conhecimento científico à ideia da unidade global do mundo material. Em larga escala, a estrutura do universo pode ser representada como uma coleção de galáxias e sua microestrutura como uma coleção de átomos. Nas profundezas da estrutura da matéria, o Universo é um conjunto de campos quânticos. As estrelas são muito semelhantes ao Sol. O átomo terrestre é completamente indistinguível de um átomo próximo aos limites da parte observável do Universo. Os processos físicos que ocorrem em regiões distantes do espaço são idênticos. As interações e as leis que as descrevem acabam sendo universais. O espaço próximo, incluindo a nossa Galáxia, é um exemplo típico do Universo como um todo. Essa afirmação é chamada de princípio cosmológico. Vários elementos do mundo material formam um único sistema, e os processos que ocorrem nele são descritos por leis fundamentais comuns. Se o Universo é um todo único, então ele se desenvolve, evolui como um todo. A certa altura, aparecem nele estruturas capazes de conhecer o próprio Universo. Tal instrumento de autoconhecimento (é bem provável que não seja único, mas um dos possíveis) é uma pessoa. E tudo o que está disponível para nossa observação, incluindo o desenvolvimento da sociedade, e nós mesmos somos apenas componentes do Universo, estágios de sua evolução. Em cada estágio de desenvolvimento, os principais padrões de comportamento de quaisquer subsistemas estão conectados com todo o sistema - o Universo, com sua evolução geral. O mundo é um, nele tudo está conectado com tudo, não há subsistemas isolados nos quais flui sua própria vida autônoma. As leis do mundo material têm unidade em um nível fundamental. Portanto, estudando qualquer fenômeno, recebo, muitas vezes sem suspeitar, conhecimento indireto sobre vários outros. No processo de desenvolvimento da ciência, cada vez mais novas interconexões de fenômenos aparentemente independentes estão sendo constantemente descobertas. A abrangência das interconexões no mundo foi percebida, além dos cientistas, por pessoas de arte. A unidade fundamental do mundo material foi a base para a comunhão do conhecimento científico acumulado pela humanidade nos estágios iniciais da formação da ciência. O conhecimento gradual da diversidade do mundo serviu como fonte da formação de uma cultura inicialmente unificada. Por muitos séculos, aprofundando-se no estudo natureza circundante e a si mesmo, uma pessoa construiu um sistema ramificado de conhecimento confiável e generalizado sobre o mundo ao seu redor - a ciência.

Descobertas fundamentais no campo da física no final do século XIX - início do século XX. descobriu que a realidade física é uma e tem propriedades ondulatórias e corpusculares. Investigando a radiação térmica, M. Planck chegou à conclusão de que nos processos de radiação, a energia não é emitida em qualquer quantidade e continuamente, mas apenas em certas porções - quanta.

Einstein estendeu a hipótese da radiação térmica de Planck à radiação em geral e fundamentou uma nova doutrina da luz - a teoria do fóton. A estrutura da luz é corpuscular. A energia da luz está concentrada em certos lugares e, portanto, a luz tem uma estrutura descontínua - um fluxo de quanta de luz, ou seja, fótons. O fóton é uma partícula especial (corpúsculo). Um fóton é um quantum de energia de luz visível e invisível, raios X e radiação gama, que simultaneamente tem as propriedades de uma partícula e uma onda, não tem massa de repouso, tem a velocidade da luz, sob certas condições gera um par de pósitron + elétron. Essa teoria de Einstein explicava o fenômeno do efeito fotoelétrico - a eliminação da matéria dos elétrons sob a influência de ondas eletromagnéticas. A presença do efeito fotoelétrico é determinada pela frequência da onda, e não pela sua intensidade. Pela criação da teoria do fóton, A. Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1922. Esta teoria foi confirmada experimentalmente 10 anos depois pelo físico americano R.E. Millikan.

Paradoxo: a luz se comporta tanto como uma onda quanto como um fluxo de partículas. As propriedades das ondas são manifestadas durante a difração e interferência, propriedades corpusculares - durante o efeito fotoelétrico.

A nova teoria da luz levou N. Bohr a desenvolver a teoria do átomo. Baseia-se em 2 postulados:

1. Cada átomo tem várias órbitas estacionárias de elétrons, cujo movimento permite que o elétron exista sem radiação.

2. Quando um elétron passa de um estado estacionário para outro, o átomo emite ou absorve uma parte da energia.

Este modelo do átomo explicava bem o átomo de hidrogênio, mas não explicava os átomos de muitos elétrons, porque os resultados teóricos discordaram dos dados experimentais. Essas discrepâncias foram posteriormente explicadas pelas propriedades ondulatórias dos elétrons. Isso significava que o elétron, sendo uma partícula, não é uma bola sólida ou um ponto, ele tem uma estrutura interna que muda dependendo de seu estado. O modelo de um átomo, que descreve sua estrutura na forma de órbitas ao longo das quais os elétrons se movem, é realmente criado para maior clareza, não pode ser tomado literalmente. (Esta é uma analogia de relações, não de objetos.) Na realidade, não existem tais órbitas, os elétrons são distribuídos no átomo não uniformemente, mas de tal forma que a densidade média de carga é maior em alguns pontos e menor em outros. A órbita de um elétron é formalmente chamada de curva que conecta pontos de densidade máxima. É impossível visualizar os processos que ocorrem no átomo na forma de modelos mecânicos. A física clássica não pode explicar nem mesmo os experimentos mais simples para determinar a estrutura do átomo.

Em 1924, o físico francês Louis de Broglie, em sua obra "Luz e Matéria", expressou a ideia das propriedades ondulatórias de toda a matéria. O físico austríaco E. Schrödinger e o físico inglês P. Dirac deram sua descrição matemática. Essa ideia possibilitou a construção de uma teoria abrangendo o corpo corpuscular e propriedades da onda importam em sua unidade. Ao mesmo tempo, os quanta de luz tornam-se uma estrutura especial do micromundo.

Assim, a dualidade onda-partícula levou à criação da mecânica quântica. Baseia-se em dois princípios: o princípio da relação de incerteza, formulado por W. Heisenberg em 1927; princípio da complementaridade de N. Bohr. O princípio de Heisenberg diz: na mecânica quântica não existem tais estados em que a localização e o momento tenham um valor completamente definido, é impossível conhecer simultaneamente os dois parâmetros - coordenada e velocidade, ou seja, é impossível determinar tanto a posição e momento de uma micropartícula com igual precisão.

N. Bohr formulou o princípio da complementaridade da seguinte forma: "O conceito de partículas e ondas se complementam e ao mesmo tempo se contradizem, são imagens complementares do que está acontecendo." As contradições das propriedades de onda corpuscular de micro-objetos são o resultado da interação descontrolada de micropartículas com dispositivos: em alguns dispositivos, os objetos quânticos se comportam como ondas, em outros - como partículas. Devido à relação de incerteza, os modelos corpuscular e ondulatório para descrever um objeto quântico não se contradizem, pois nunca aparecem ao mesmo tempo. Assim, dependendo do experimento, o objeto mostra sua natureza corpuscular ou sua natureza ondulatória, mas não as duas ao mesmo tempo. Complementando um ao outro, ambos os modelos do micromundo permitem obter sua visão geral.

Até o momento, são conhecidos quatro tipos principais de interações fundamentais: forte, eletromagnética, fraca e gravitacional.

A interação forte é realizada no nível dos núcleos atômicos a uma distância de cerca de 10 a 13 cm, garante a conexão dos núcleons no núcleo e determina as forças nucleares. Portanto, os núcleos atômicos são muito estáveis, é difícil destruí-los. (Supõe-se que as forças nucleares surgem da troca de partículas virtuais, ou seja, partículas que existem em estados intermediários de curta duração, para os quais a relação usual entre tempo, momento e massa não se sustenta). A força nuclear atua apenas entre os hádrons (por exemplo, um próton e um nêutron que compõem o núcleo de um átomo) e dentro dos hádrons - entre os quarks, ela não depende das cargas elétricas das partículas que interagem.

Interação fraca - de curto alcance, ocorre entre diferentes partículas a uma distância de 10-15 - 10-22 cm. Está associada ao decaimento de partículas no núcleo atômico, por exemplo, um nêutron leva em média 15 minutos. decai em próton, elétron e antineutrino. A maioria das partículas é instável precisamente por causa da interação fraca. Uma força fraca atua entre léptons, léptons e hádrons ou apenas entre hádrons, sua ação também é independente da carga elétrica.

A interação eletromagnética é quase 1000 vezes mais fraca do que forte, mas mais de longo alcance. É característico de partículas eletricamente carregadas, e seu portador é um fóton sem carga - um quantum do campo eletromagnético. A interação eletromagnética determina a estrutura do átomo, é responsável pela maioria dos fenômenos e processos físicos e químicos, determina o estado agregado da matéria, etc.

A interação gravitacional é a mais fraca, é crucial em escala cósmica e tem alcance ilimitado. A interação gravitacional é universal, consiste na atração mútua e é determinada pela lei da gravitação universal.

A interação das partículas elementares ocorre com a ajuda dos campos físicos correspondentes, dos quais são quanta. O estado de energia mais baixo do campo, onde não há quanta de campo, é chamado de vácuo. Na ausência de excitação, o campo no vácuo não contém partículas e não exibe propriedades mecânicas, mas quando excitado, os quanta correspondentes aparecem nele, com a ajuda da qual ocorre a interação. Existe uma hipótese sobre a presença de quanta de campo gravitacional - grávitons, mas ainda não foi confirmada experimentalmente.

Um campo quântico é uma coleção de quanta e é de natureza discreta, uma vez que todas as interações de partículas elementares ocorrem de forma quantizada. Como então seu continuum (continuidade) se manifesta? O fato de que o estado do campo é dado pela função de onda. Ele está conectado com os fenômenos observados não exclusivamente, mas através do conceito de probabilidade. Ao realizar todo um complexo de experimentos, o resultado é uma imagem que se assemelha ao resultado de um processo ondulatório. O micromundo é paradoxal: uma partícula elementar pode ser um componente de qualquer outra partícula elementar. Por exemplo, após uma colisão de dois prótons, muitas outras partículas elementares surgem, incluindo prótons, mésons e hiperons. O fenômeno do "nascimento múltiplo" foi explicado por Heisenberg: durante uma colisão, um grande energia cinética se transforma em matéria, e observamos o nascimento múltiplo de partículas.

Até agora, não existe uma teoria satisfatória da origem e estrutura das partículas elementares. Muitos físicos pensam que pode ser criado levando em conta razões cosmológicas. O estudo do nascimento de partículas elementares do vácuo em campos eletromagnéticos e gravitacionais é de grande importância, pois aqui se manifesta a conexão entre micro e megamundos. As interações fundamentais no megamundo determinam a estrutura das partículas elementares e suas transformações.

Conceitos básicos do tema:

Um quantum é a menor porção constante de radiação.

Um fóton é um quantum de um campo eletromagnético.

Efeito fotoelétrico - nocautear elétrons de uma substância sob a ação de ondas eletromagnéticas, determinadas pela frequência da onda.

O princípio da relação de incerteza (Heisenberg): na mecânica quântica não existem tais estados em que a localização e o momento tenham um valor bem definido.

Princípio da complementaridade (Bohr): os conceitos de partículas e ondas se complementam e ao mesmo tempo se contradizem, são imagens complementares do que está acontecendo.

Spin é o momento angular próprio de uma partícula.

A interação forte é realizada no nível dos núcleos atômicos, garante a conexão dos nucleons no núcleo e determina as forças nucleares.

Interação fraca - de curto alcance, associada ao decaimento de partículas no núcleo atômico.

A interação eletromagnética é característica de partículas eletricamente carregadas, e seu portador é um fóton sem carga.

A interação gravitacional é universal e é determinada pela lei da gravitação universal.

O vácuo físico é o estado de energia mais baixo do campo, onde não há quanta.

1. Andreichenko G.V., Pavlova I.N. Conceitos da ciência natural moderna. Manual para estudantes. - Stavropol: SGU, 2005. - 187p.

2. Gorelov A.A. Conceitos da ciência natural moderna. Tutorial. - M: Ensino superior, 2010. - 335s.

3. Likhin A.F. Conceitos da ciência natural moderna. Tutorial. - M: TK Velby; Editora Prospekt, 2006. - 264 p.

4. Naidysh V. M. Conceitos de ciência natural moderna: livro didático. - Edu. 2º, revisado. e adicional – M.: Alfa-M; INFRA-M, 2004. - 622 p. (em tradução)

5. Sadokhin, Alexander Petrovich. Conceitos de ciências naturais modernas: um livro didático para estudantes universitários especialidades humanitárias e especialidades de economia e gestão / A.P. Sadokhin. - 2ª ed., revisada. e adicional - M.: UNITI-DANA, 2006. - 447 p.

Informação geral

Qualquer cognição da realidade, incluindo a ciência natural, é baseada em um trabalho criativo complexo, incluindo processos combinados conscientes e subconscientes. Muitos cientistas eminentes falaram sobre o importante papel dos processos subconscientes. Em particular, Albert Einstein enfatizou: "Não há um caminho lógico claro para a verdade científica, ela deve ser adivinhada por algum salto intuitivo de pensamento".

As características dos processos conscientes e subconscientes do trabalho criativo dão um caráter individual à solução do mesmo problema de ciências naturais por cientistas diferentes. “Embora os representantes várias escolas consideram seu estilo o único correto, direções diferentes se complementam e se estimulam; a verdade não depende de como se aborde”, esta foi a opinião do físico teórico A.B. Migdal (1911-1991).

Apesar da solução individual tarefas científicas, podemos nomear regras bem definidas para o conhecimento científico da realidade:

- não aceite como verdadeiro nada que não pareça claro e distinto;

- Divida as questões difíceis em quantas partes forem necessárias para resolvê-las; iniciar a pesquisa com as coisas mais simples e convenientes para a cognição e gradualmente ascender à cognição das difíceis e complexas;

- debruçar-se sobre todos os detalhes, prestar atenção em tudo, para ter certeza de que nada é omitido.

Essas regras foram formuladas pela primeira vez por René Descartes (1596-1650), um notável filósofo, matemático, físico e fisiologista francês. Constituem a essência do método de Descartes, igualmente aplicável à obtenção tanto das ciências naturais como das humanidades.

Muitos cientistas respeitáveis ​​vêem o importante papel do conhecimento científico natural, ciências naturais na cognição da realidade. Assim, o físico inglês J.K. Maxwell afirmou: “Quanto às ciências materiais, elas me parecem um caminho direto para qualquer verdade científica...

Confiabilidade do conhecimento científico

Entre os cientistas, sempre surgiu e surge a questão: até que ponto os resultados científicos podem ser confiáveis, ou seja, a questão da confiabilidade dos resultados científicos e da qualidade do trabalho de um cientista. Temos que admitir que a produção científica a caminho da verdade está repleta de resultados errôneos. Errôneo não no sentido objetivo de que algumas afirmações e ideias são suplementadas com o tempo, refinadas e dão lugar a novas e que todos os resultados experimentais científicos naturais são acompanhados por um erro absoluto bem definido, mas em um sentido muito mais simples, quando fórmulas errôneas , evidências incorretas, leis fundamentais inconsistências da ciência natural, etc. levam a resultados incorretos.

Para verificar a qualidade dos produtos científicos, é realizado seu controle: exame, revisão e oposição. Cada um desses tipos de controle visa determinar a confiabilidade dos resultados científicos. A título de exemplo, apresentamos os números que caracterizam a eficácia do controle dos materiais patenteados propostos. Como resultado do exame de 208.975 pedidos de invenção depositados no Conselho Nacional de Invenções dos EUA, foi revelado que apenas 8615 (cerca de 4%) deles não contradiziam o senso comum, e apenas 106 (menos de 0,05%) pedidos foram implementados. Verdadeiramente, como um poeta: "... esgota uma única palavra por causa de mil toneladas de minério verbal." Até recentemente, aproximadamente um em cada cinco artigos submetidos para publicação era publicado após revisão por pares em periódicos acadêmicos nacionais e da indústria central. A oposição consciente pode reduzir significativamente o fluxo de teses de doutorado e candidatos inconsistentes.

Ao mesmo tempo, deve-se reconhecer que os procedimentos de exame, revisão e oposição estão longe de ser perfeitos. Pode-se dar mais de um exemplo quando grandes idéias científicas foram rejeitadas por contrariarem visões geralmente aceitas - esta é a hipótese quântica de Max Planck, e os postulados de Bohr, etc. Resumindo sua experiência de participar de uma discussão científica e avaliar as opiniões de muitos oponentes, Max Planck escreveu: “A grande ideia científica raramente é introduzida pela persuasão e conversão gradual dos adversários; raramente Saulo se torna Paulo. Na realidade, as coisas acontecem de tal maneira que os oponentes morrem gradualmente, e a geração crescente desde o início se acostuma com a nova ideia ... ”Charles Darwin evitou deliberadamente a controvérsia científica. Sobre isso, nos anos de declínio de sua vida, ele escreveu: “Estou muito feliz por ter evitado polêmicas, devo isso a Leyel [meu professor] ... vem disso, o tempo é desperdiçado e o clima é estragado. No entanto, a discussão sobre o mérito não pode ser totalmente excluída como meio de compreensão da verdade. Lembre-se do famoso ditado: "a verdade nasce na disputa".

Na ciência, e especialmente na ciência natural, existem mecanismos internos de autopurificação. Os resultados de pesquisas em áreas de pouco interesse, é claro, raramente são controlados. Credibilidade não tem significado especial: eles ainda estão condenados ao esquecimento. Os resultados são interessantes, úteis, necessários e importantes, querendo ou não, sempre verificados e repetidamente. Por exemplo, "Elements" de Newton não foi seu primeiro livro, que delineou a essência das leis da mecânica. O primeiro foi Motus, que foi fortemente criticado por Robert Hooke. Como resultado das correções, levando em conta as observações de Hooke, surgiu a obra fundamental "Beginnings".

Os métodos existentes de controle da produção científica são ineficazes, e o controle é, em essência, desnecessário para a ciência. É necessário à sociedade, ao Estado, para não gastar dinheiro com o trabalho inútil dos pesquisadores. Um grande número de erros na produção científica sugere que a abordagem da verdade científica é um processo complexo e demorado que exige o esforço conjunto de muitos cientistas por muito tempo. Cerca de vinte séculos separam as leis da estática das leis da dinâmica corretamente formuladas. Apenas uma dúzia de páginas de um livro escolar se encaixam no que foi extraído por vinte séculos. Na verdade, a verdade é muito mais preciosa do que pérolas.

A verdade é o sujeito do conhecimento

Uma afirmação freqüentemente encontrada: o objetivo principal da ciência natural - o estabelecimento das leis da natureza, a descoberta de verdades ocultas - sugere explícita ou implicitamente que a verdade já existe em algum lugar em sua forma acabada, ela só precisa ser encontrada, encontrada como uma espécie de tesouro. O grande filósofo da antiguidade Demócrito no século V. BC e. disse: "A verdade está escondida nas profundezas (está no fundo do mar)." O que significa descobrir a verdade científica natural no sentido moderno? Isto é, em primeiro lugar, estabelecer uma relação causal entre fenômenos e propriedades dos objetos da natureza, em segundo lugar, confirmar a verdade das afirmações teóricas recebidas por experimento, experiência e, em terceiro lugar, determinar a relatividade da verdade científica natural.

Uma das tarefas da ciência natural é explicar os fenômenos, processos e propriedades dos objetos naturais. A palavra "explicar" na maioria dos casos significa "entender". O que uma pessoa geralmente quer dizer ao dizer, por exemplo: “Eu entendo a propriedade deste objeto?” Como regra, isso significa: "Eu sei o que causa essa propriedade, qual é sua essência e a que ela levará". É assim que se forma uma relação causal: causa - objeto - efeito. O estabelecimento e a descrição quantitativa de tal conexão servem de base para uma teoria científica, caracterizada por uma estrutura lógica clara e constituída por um conjunto de princípios ou axiomas e teoremas com todas as conclusões possíveis. Qualquer teoria matemática é construída de acordo com esse esquema. Isso, é claro, implica a criação de uma linguagem científica especial, terminologia, um sistema de conceitos científicos que têm um significado inequívoco e são interconectados por leis estritas da lógica. É assim que a verdade matemática é alcançada.

Um verdadeiro cientista natural não deve se limitar a afirmações teóricas ou apresentar hipóteses para explicar fenômenos ou propriedades observados. Ele deve confirmá-los pela experiência, pela experiência, deve conectá-los com o "curso real das coisas". Só assim um cientista natural pode aproximar-se da verdade científica natural, que, como agora está claro, é fundamentalmente diferente da verdade matemática.

Após o experimento, a experiência, inicia-se o estágio final do conhecimento científico natural, no qual se estabelecem os limites da verdade dos resultados experimentais obtidos ou os limites da aplicabilidade das leis, teorias ou afirmações científicas individuais. O resultado de qualquer experimento, por mais cuidadoso que seja, não pode ser considerado absolutamente preciso. A imprecisão dos resultados experimentais se deve a dois fatores: objetivos e subjetivos. Um dos fatores objetivos essenciais é o dinamismo do mundo que nos cerca: lembremos as sábias palavras de Heráclito - “Tudo flui, tudo muda; Você não pode entrar no mesmo rio duas vezes." Outro fator objetivo está relacionado à imperfeição dos meios técnicos do experimento. O experimento é realizado por uma pessoa cujos órgãos dos sentidos e habilidades intelectuais estão longe de ser perfeitos: errare humanum est - é da natureza humana errar (uma expressão latina bem conhecida) - este é o fator subjetivo na imprecisão dos resultados das ciências naturais .

O notável cientista natural acadêmico V.I. Vernadsky (1863-1945) afirmou com confiança: “A ciência natural é baseada em fatos empíricos científicos e generalizações empíricas científicas”. Lembre-se de que a abordagem empírica é baseada no experimento e na experiência como fontes determinantes do conhecimento das ciências naturais. Ao mesmo tempo, V. I. Vernadsky também apontou as limitações do conhecimento empírico...

Afirmações teóricas sem experimento são hipotéticas. Somente quando confirmados por experimentos, nasce deles uma verdadeira teoria científico-natural. Teoria científica e experimento, ou, em uma visão generalizada, ciência e prática - estes são os dois pilares sobre os quais repousa a árvore ramificada do conhecimento. “Aquele que ama a prática sem ciência é como um timoneiro que entra em um navio sem leme ou bússola; ele nunca tem certeza para onde está navegando... A ciência é o comandante, e a prática é o soldado”, disse o brilhante Leonardo da Vinci.

Resumindo, formaremos três disposições principais da teoria do conhecimento das ciências naturais:

1. a base do conhecimento científico natural é uma relação causal;

2. a verdade do conhecimento científico natural é confirmada pela experiência, experiência (critério de verdade);

3. qualquer conhecimento científico natural é relativo.

Essas disposições correspondem às três etapas do conhecimento científico natural. No primeiro estágio, uma relação causal é estabelecida de acordo com o princípio da causalidade. A primeira e bastante completa definição de causalidade está contida na afirmação de Demócrito: "Nada surge sem uma causa, mas tudo surge em alguma base e em virtude da necessidade". No entendimento moderno, causalidade significa a conexão entre os estados individuais dos tipos e formas da matéria no processo de seu movimento e desenvolvimento. O surgimento de quaisquer objetos e sistemas, bem como a mudança em suas propriedades ao longo do tempo, têm suas bases nos estados anteriores da matéria no processo de seu movimento e desenvolvimento; esses fundamentos são chamados de causas, e as mudanças que eles causam são chamadas de efeitos. A relação causal é a base não só do conhecimento das ciências naturais, mas também de qualquer outra atividade humana.

A segunda etapa do conhecimento é realizar um experimento e uma experiência. A verdade científica natural é o conteúdo objetivo dos resultados do experimento e da experiência. O critério da verdade científica natural é o experimento, a experiência. A experiência e a experiência são a autoridade máxima para os cientistas naturais: sua sentença não está sujeita a revisão.

Qualquer conhecimento das ciências naturais (conceitos, ideias, conceitos, modelos, teorias, resultados experimentais, etc.) é limitado e relativo. A determinação dos limites de correspondência e relatividade do conhecimento científico natural é o terceiro estágio do conhecimento científico natural. Por exemplo, o limite de correspondência estabelecido (às vezes chamado de intervalo de adequação) para a mecânica clássica significa que suas leis descrevem o movimento de corpos macroscópicos cujas velocidades são pequenas em comparação com a velocidade da luz no vácuo. Como já observado, a base da ciência natural é o experimento, que na maioria dos casos inclui medições. Enfatizando o importante papel das medições, o notável cientista russo D.I. Mendeleev (1834–1907) escreveu: “A ciência começou quando as pessoas aprenderam a medir; a ciência exata é impensável sem medida. Medições absolutamente precisas não acontecem e, nesse sentido, a tarefa de um cientista natural é estabelecer um intervalo de imprecisão. Com o aprimoramento dos métodos de medição e meios técnicos de experimento, a precisão das medições aumenta e, assim, o intervalo de imprecisão diminui e os resultados experimentais se aproximam da verdade absoluta. O desenvolvimento da ciência natural é uma abordagem consistente da verdade científica natural absoluta.

Unidade de conhecimento empírico e teórico

Cada ato do processo cognitivo inclui, em um grau ou outro, tanto elementos visuo-sensoriais, empíricos, quanto abstratos, teóricos. Cada ato de contemplação viva é permeado de pensamento, mediado por conceitos, categorias. Percebendo qualquer objeto, imediatamente o atribuímos a uma certa categoria de coisas, processos.

Historicamente, o caminho do conhecimento científico-natural do mundo circundante começou com a contemplação viva – percepção sensorial dos fatos baseada na prática. Da contemplação viva, uma pessoa passa ao pensamento abstrato, e dele - novamente à prática, na qual ele percebe seus pensamentos, verifica sua verdade. O cientista natural moderno, cujo pensamento acumulou até certo ponto a experiência humana e as categorias e leis elaboradas pela humanidade, não inicia a pesquisa a partir da contemplação viva. Qualquer pesquisa científica natural precisa de ideias orientadoras desde o início. Eles servem como uma espécie de força orientadora; sem eles, o cientista natural se condena a vagar no escuro e não pode montar um único experimento corretamente. Ao mesmo tempo, o pensamento teórico, mesmo impecável em seu rigor lógico, não pode por si mesmo revelar os padrões do mundo material. Para seu movimento efetivo, deve receber constantemente estímulos, impulsos, fatos da realidade circundante por meio de observações, experimentos, ou seja, por meio do conhecimento empírico.

O conhecimento empírico e teórico é um processo único característico de qualquer pesquisa científica natural em qualquer estágio.

Formas sensuais de conhecimento

A cognição da realidade é realizada em diferentes formas, das quais a primeira e mais simples é a sensação. Sensações são as imagens sensoriais mais simples, reflexos, cópias ou algum tipo de instantâneo de propriedades individuais de objetos. Por exemplo, em uma laranja sentimos uma cor amarelada, uma certa dureza, um cheiro específico, etc. As sensações surgem sob a influência de processos que emanam do ambiente externo à pessoa e agem em nossos órgãos dos sentidos. Estímulos externos são ondas sonoras e luminosas, pressão mecânica, exposição química, etc.

Qualquer objeto tem uma grande variedade de propriedades. Todas as propriedades são combinadas em um item. E nós os percebemos e compreendemos não separadamente, mas como um todo. Portanto, a base objetiva da percepção como imagem holística é a unidade e ao mesmo tempo a pluralidade. várias partes e propriedades em objetos.

Uma imagem holística que reflete objetos que afetam diretamente os sentidos, suas propriedades e relações, é chamada de percepção. A percepção humana inclui consciência, compreensão dos objetos, suas propriedades e relações, com base no envolvimento de cada vez que uma impressão recém-recebida no sistema de conhecimento existente.

A vida, a necessidade de orientar o organismo no mundo das coisas e processos macroscópicos integrais, organizou nossos órgãos dos sentidos de tal maneira que percebemos as coisas como se fossem resumidas. Limitada, por exemplo, a percepção visual ou tátil é praticamente conveniente. A incapacidade da mão de perceber a microestrutura e a incapacidade do olho de ver os menores detalhes tornam possível refletir melhor a macroestrutura. Se fosse de outra forma, tudo se fundiria em uma névoa contínua de partículas e moléculas em movimento, e não veríamos as coisas e seus limites. Pode-se imaginar o que aconteceria se observássemos tudo através de um poderoso microscópio.

Os processos de sensação e percepção deixam “rastros” no cérebro, cuja essência é a capacidade de reproduzir imagens de objetos que atualmente não afetam uma pessoa.

A capacidade do cérebro de capturar, armazenar o impacto ou sinais do ambiente externo e reproduzi-los no momento certo é chamada de memória.

A memória desempenha um papel cognitivo muito importante na vida humana. Se as imagens, tendo surgido no cérebro no momento da exposição a um objeto, desaparecessem imediatamente após o término desse impacto, a pessoa perceberia os objetos todas as vezes como completamente desconhecidos. Ele não os reconheceria e, portanto, não estaria ciente. Para realizar algo, é necessário o trabalho mental de comparar o estado atual com o anterior. Fenômenos psíquicos que se substituem e não se relacionam com fenômenos anteriores, antes de serem fixados na memória, não podem permanecer como um fato da consciência. Como resultado da percepção das influências externas e sua preservação no tempo pela memória, surgem as representações.

As representações são imagens daqueles objetos que outrora influenciaram os sentidos humanos, e depois são restauradas de acordo com os traços preservados no cérebro mesmo na ausência desses objetos.

Sensações e percepções são o início do surgimento da reflexão consciente. A memória corrige e armazena as informações recebidas. A representação é um fenômeno mental em que a consciência pela primeira vez rompe com sua fonte imediata e começa a existir como um fenômeno subjetivo. Ela já perde a doação sensual imediata do objeto da consciência. A representação é um passo intermediário na transição da sensação para o pensamento. As pessoas dizem: “O olho vê longe, mas a mente vê ainda mais longe”.

fato científico

Uma condição necessária para a pesquisa científica natural é o estabelecimento de fatos. O conhecimento empírico fornece fatos à ciência, ao mesmo tempo em que fixa conexões estáveis, padrões do mundo ao nosso redor. Ao afirmar este ou aquele fato, fixamos a existência de um determinado objeto. Ao mesmo tempo, no entanto, geralmente ainda permanece desconhecido o que representa em essência. Uma simples declaração de fato mantém nosso conhecimento no nível do ser.

A questão de saber se um fenômeno existe ou não é uma questão extremamente importante do conhecimento científico. Quando perguntado sobre a existência de algo, o cientista natural geralmente responde “sim”, ou “talvez”, ou “muito provável”. A afirmação da existência de um objeto é o primeiro nível muito baixo de cognição. Os fatos adquirem a força de uma base científica para a construção de uma determinada teoria no caso de serem não apenas estabelecidos de maneira confiável, razoavelmente selecionados, mas também considerados em sua conexão científica. No entanto, a compreensão da realidade é impossível sem a construção de teorias. Mesmo um estudo empírico da realidade não pode começar sem uma direção teórica definida. Aqui está o que I.P. escreveu sobre isso. Pavlov: “. pesquisar. Tal suposição é uma necessidade no negócio científico.

Sem compreensão teórica, é impossível uma percepção holística da realidade, dentro da qual diversos fatos se encaixariam em um único sistema. Reduzir as tarefas da ciência à coleta de material factual, segundo A. Poincaré, significaria uma completa incompreensão da verdadeira natureza da ciência. “O cientista deve organizar os fatos”, escreveu ele, “a ciência é feita de fatos, como uma casa feita de tijolos. E uma simples acumulação de fatos ainda não constitui ciência, assim como um monte de pedras não constitui uma casa.

A essência do conhecimento científico natural do mundo circundante reside não apenas na descrição e explicação dos diversos fatos e padrões identificados no processo de pesquisa empírica com base em leis e princípios estabelecidos, mas também é expresso no desejo dos cientistas naturais revelar a harmonia do universo.

Observação e experimento

Os métodos mais importantes da pesquisa científica natural são a observação e o experimento.

A observação é uma percepção deliberada e planejada, realizada para revelar as propriedades essenciais do objeto de conhecimento. A observação refere-se a uma forma ativa de atividade voltada para determinados objetos e envolvendo a formulação de metas e objetivos. A observação requer preparação especial - familiarização preliminar com materiais relacionados ao objeto de observação futura: com desenhos, fotografias, descrições de objetos, etc. Um lugar importante na preparação da observação deve ser ocupado pelo esclarecimento das tarefas de observação, os requisitos que deve satisfazer, o desenvolvimento preliminar de um plano e métodos de observação.

Um experimento é um método ou método de pesquisa pelo qual um objeto é reproduzido artificialmente ou colocado sob condições predeterminadas. O método de alterar as condições em que o objeto em estudo está localizado é o principal método do experimento. Alterar as condições permite revelar a relação causal entre as condições dadas e as características do objeto em estudo e, ao mesmo tempo, descobrir essas novas propriedades do objeto que não aparecem diretamente em condições normais, rastrear a natureza do mudança nas propriedades observadas em conexão com a mudança nas condições. Com uma mudança nas condições, certas propriedades do objeto mudam, enquanto outras não sofrem mudanças significativas, podemos abstrair delas. O experimento, portanto, não se reduz a uma simples observação - interfere ativamente na realidade, altera as condições do processo.

Meios técnicos do experimento

A pesquisa experimental em ciências naturais é impensável sem a criação de uma variedade de meios técnicos, incluindo vários dispositivos, instrumentos e configurações experimentais. Sem tecnologia experimental, o desenvolvimento da ciência natural teria sido impossível. O progresso do conhecimento científico natural depende essencialmente do desenvolvimento dos meios técnicos utilizados pela ciência.

Graças ao microscópio, telescópio, máquinas de raios X, rádio, televisão, sismógrafos, etc., o homem expandiu muito sua capacidade de percepção.

As primeiras regularidades na natureza foram estabelecidas, como se sabe, no movimento dos corpos celestes e basearam-se em observações feitas a olho nu. Galileu, em seus experimentos clássicos com o movimento de um corpo ao longo de um plano inclinado, mediu o tempo pela quantidade de água que flui através de um tubo fino de um grande reservatório - então não havia relógios em nosso entendimento. No entanto, já passou o tempo em que a pesquisa científica natural podia ser realizada com a ajuda de meios improvisados. Galileu tornou-se famoso na ciência não apenas por seus estudos pioneiros de fenômenos mecânicos, mas também pela invenção do telescópio. Hoje, a astronomia é impensável sem uma variedade de telescópios, incluindo radiotelescópios, que permitem que uma pessoa olhe para essas distâncias do universo, de onde a luz nos atinge por centenas de milhões de anos-luz.

Um grande papel no desenvolvimento da biologia foi desempenhado pelo microscópio, que revelou ao homem muitos segredos do mundo vivo. Os meios técnicos de hoje permitem realizar experimentos nos níveis molecular, atômico e nuclear. A técnica do experimento moderno consiste não apenas em dispositivos altamente sensíveis, mas também em configurações experimentais complexas especiais. Por exemplo, para penetrar profundamente no núcleo atômico, enormes instalações experimentais estão sendo construídas - os sincrofasotrons.

A ciência hoje usa ativamente naves espaciais, submarinos, vários tipos de estações científicas, reservas especiais para experimentos. Os avanços nas ciências naturais estão intimamente ligados ao aperfeiçoamento dos métodos e meios de medição, ao aperfeiçoamento dos instrumentos e das instalações, que permitem alterar as condições de observação e experimentação com flexibilidade e refinamento cada vez maiores. Nas últimas décadas, foi criada uma poderosa tecnologia de computação, que não apenas faz parte integrante do moderno equipamento experimental, mas também está incluída da maneira mais íntima no próprio processo de pensamento.

Pensamento

Pensar é o nível mais alto de conhecimento. Embora sua fonte sejam as sensações e a percepção, mas ela ultrapassa seus limites e permite formar conhecimento sobre tais objetos, propriedades e fenômenos que não estão disponíveis aos sentidos. Pensar liberta as pessoas da necessidade de estarem diretamente conectadas com o objeto que está sendo estudado. Torna possível operar mentalmente com um objeto, colocando-o em várias relações com outros objetos, para comparar o conhecimento recém-adquirido sobre um objeto com os previamente adquiridos. Isso abre caminho para uma atividade teórica relativamente independente, apenas indiretamente ligada ao conhecimento empírico.

O pensamento é uma reflexão intencional, mediada e generalizada no cérebro humano de propriedades essenciais, relações causais e conexões regulares das coisas. As principais formas de pensar são conceitos, julgamentos e inferências.

Um conceito é um pensamento que reflete as propriedades gerais e essenciais de objetos e fenômenos. Os conceitos não apenas refletem o geral, mas também agrupam, classificam os objetos de acordo com suas diferenças. O conceito de "árvore" reflete não apenas o geral, o que é característico de todas as árvores, mas também a diferença entre qualquer árvore e tudo o mais.

Ao contrário das sensações, percepções e representações, os conceitos são desprovidos de visibilidade ou sensibilidade. O conteúdo do conceito é muitas vezes impossível de apresentar na forma de uma imagem visual. Uma pessoa pode imaginar, por exemplo, bom homem, mas ele não será capaz de representar na forma de uma imagem sensual conceitos como bem, mal, beleza, lei, velocidade da luz, pensamento, etc. Mas ele pode entender tudo isso.

Os conceitos surgem e existem em certa conexão, na forma de juízos. Pensar significa julgar algo, identificar certas conexões e relações entre vários aspectos de um objeto ou entre objetos.

O julgamento é uma forma de pensamento em que, por meio da conexão de conceitos, algo é afirmado (ou negado) sobre algo. Por exemplo, o pensamento expresso pela frase “o núcleo é parte integrante do átomo” é um julgamento no qual o pensamento é expresso sobre o núcleo que é parte do átomo.

Em relação à realidade, os julgamentos são avaliados como verdadeiros ou falsos. Por exemplo, a proposição “Oka é um afluente do Yenisei” é falsa, pois de fato o Oka não é um afluente do Yenisei, e a proposição “Oka é um afluente do Volga” é verdadeira. A verdade e a falsidade dos pensamentos são testadas pela prática.

Uma pessoa pode chegar a este ou aquele julgamento pela observação direta de um fato ou indiretamente - com a ajuda da inferência.

Uma inferência é um raciocínio no curso do qual um novo julgamento (conclusão ou consequência) é derivado de um ou mais julgamentos, chamados de premissas ou premissas, logicamente seguindo diretamente das premissas. Exemplo: “Se um determinado corpo é submetido a atrito, então ele aquece; o corpo está sujeito ao atrito, o que significa que é aquecido.

Usando um exemplo da história das ciências naturais, explicaremos o que é o pensamento teórico de uma pessoa. O famoso bacteriologista francês L. Pasteur, estudando o antraz, por muito tempo não conseguiu responder às perguntas: como os animais domésticos são infectados com essa doença em pastagens? Onde os bacilos do antraz aparecem na superfície da terra? Os humanos são conhecidos por enterrar os cadáveres de animais mortos (por medo de infectar outros animais) nas profundezas do solo. Passando um dia por um campo comprimido, Pasteur notou que um pedaço de terra tinha uma cor mais clara que o resto. O companheiro explicou-lhe que foi nessa área que uma ovelha que havia morrido de antraz havia sido enterrada. A atenção de Pasteur foi atraída pelo fato de que nesta área havia muitas passagens de minhocas e excrementos terrestres excretados por elas. Pasteur teve a ideia de que as minhocas, rastejando das profundezas da terra e carregando esporos de antraz com elas, são portadoras dessa doença. Assim, Pasteur indiretamente, comparando mentalmente suas impressões, penetrou no que estava oculto à percepção. Outros experimentos confirmaram a exatidão de sua conclusão,

O episódio acima é um exemplo típico de pensamento teórico. Pasteur não percebeu diretamente as causas da infecção por antraz em animais domésticos. Ele tomou conhecimento dessa causa indiretamente, por meio de outros fatos, ou seja, indiretamente. A primeira característica essencial do pensamento do ego é que ele é um processo de cognição mediada de objetos. Com base no visível, audível e tangível, as pessoas penetram no invisível, no inaudível e no intangível. É nesse conhecimento mediado que toda a ciência se baseia.

A base objetiva do processo mediado de cognição é a presença de relações mediadas, relações causais que existem na própria realidade e permitem, a partir da percepção do efeito, tirar uma conclusão sobre a causa que causou esse efeito, e a base do conhecimento da causa, para prever o efeito. A natureza mediada do pensamento reside, além disso, no fato de que uma pessoa conhece a realidade não apenas como resultado de sua experiência pessoal, mas também indiretamente, dominando a experiência e o conhecimento historicamente acumulados de toda a humanidade, que estão registrados, por exemplo, em monumentos escritos.

Uma das tarefas importantes do conhecimento das ciências naturais é a generalização de tudo o que se sabe sobre o mundo circundante. O experimento e a observação fornecem uma enorme variedade de dados, às vezes inconsistentes e até contraditórios. A principal tarefa do pensamento teórico é trazer os dados obtidos em um sistema coerente e criar a partir deles uma imagem científica do mundo, desprovida de contradição lógica.

Investigando, por exemplo, as propriedades ópticas dos cristais de ácido tartárico, Pasteur notou que o mofo destrói alguns de seus cristais. Essas observações levaram Pasteur a fazer uma generalização ousada de que outras mudanças em substâncias observadas na natureza e conhecidas na época como várias fermentações também são causadas por microorganismos vivos. Pasteur monta uma série de experimentos engenhosos que provam irrefutavelmente que todos os tipos de fermentação são causados ​​por micróbios.

Uma forma importante de pensamento teórico é uma hipótese - uma suposição baseada em vários fatos e admitindo a existência de um objeto, suas propriedades, certas relações. Uma hipótese é uma espécie de inferência que tenta penetrar na essência de uma área da realidade que ainda não foi suficientemente estudada.

Uma hipótese requer verificação e prova, após o que adquire o caráter de uma teoria - um sistema de conhecimento generalizado, uma explicação de certos aspectos da realidade. Por exemplo, uma declaração sobre estrutura atômica assunto foi uma hipótese por muito tempo. Confirmada pela experiência, essa hipótese se transformou em conhecimento confiável, a teoria da estrutura atômica da matéria.

Descrição, explicação e previsão

O conhecimento empírico lida com fatos e sua descrição. Na análise teórica do material empírico, todo o conjunto de dados empíricos obtidos de diversas formas e registrados em diversas fontes de informação é submetido a um processamento lógico. No processo de pensamento teórico, a cognição procede dos fatos e sua descrição até sua interpretação e explicação. A primeira e necessária condição para explicar os fatos é sua compreensão, ou seja, a compreensão dos fatos no sistema de conceitos de uma dada ciência.

Compreender um fenômeno significa descobrir as características pelas quais ele desempenha um certo papel na composição do todo, revelar o método de sua ocorrência.

O conhecimento empírico afirma como um evento ocorre. O conhecimento teórico responde à pergunta por que procede dessa maneira. O conhecimento empírico limita-se a descrever, fixar os resultados da observação e da experimentação utilizando os meios de registro de informações, tabelas, diagramas, gráficos, correspondentes a esta ciência. indicadores quantitativos etc. A descrição captura e organiza os fatos, dá suas características qualitativas e quantitativas, introduz os fatos no sistema de conceitos e categorias desenvolvidos em uma dada ciência e prepara o material factual para explicação.

O conhecimento teórico é principalmente uma explicação das causas dos fenômenos. A divulgação da causa do fenômeno envolve o esclarecimento das contradições internas das coisas, a previsão da ocorrência provável e necessária de eventos e tendências em seu desenvolvimento. Por exemplo, a previsão de D.K. Maxwell de ondas eletromagnéticas, D.I. Mendeleev - novos elementos químicos. A partir de teoria relativista movimento do elétron, proposto por P. Dirac, seguiu a previsão da existência de um novo objeto - o pósitron. É claro que não estamos falando de um único objeto, mas de um conjunto de objetos semelhantes com propriedades bem definidas.

Esta ou aquela lei pode ser prevista com base na teoria existente. No entanto, há outra forma, em certo sentido oposta, de prever o direito - sua derivação de dados empíricos. Assim nasce a lei empírica. Uma lei teoricamente prevista é confirmada empiricamente, e uma lei empírica, via de regra, é fundamentada teoricamente.

Existem previsões intuitivas para as quais os fundamentos não são apresentados explicitamente. Tais previsões são características de pesquisadores que são grandes especialistas em seu campo, e para eles a atividade subconsciente do cérebro desempenha um papel significativo.

2.3. Métodos e técnicas de pesquisa em ciências naturais

O conceito de metodologia e método

No sentido moderno, metodologia é a doutrina da estrutura, organização lógica, métodos e meios de atividade. Em particular, a metodologia das ciências naturais é a doutrina dos princípios de construção, formas e métodos do conhecimento das ciências naturais.

Um método é um conjunto de técnicas, ou operações, de atividade prática ou teórica.

O método está inextricavelmente ligado à teoria: qualquer sistema de conhecimento objetivo pode se tornar um método. A ligação inextricável entre método e teoria se expressa no papel metodológico das leis das ciências naturais. Por exemplo, as leis de conservação nas ciências naturais constituem um princípio metodológico que requer estrita observância nas correspondentes operações teóricas; a teoria do reflexo da atividade nervosa superior serve como um dos métodos para estudar o comportamento de animais e humanos.

Descrevendo o papel do método correto no conhecimento científico, F. Bacon comparou-o a uma lâmpada que ilumina o caminho de um viajante no escuro. Não se pode contar com sucesso no estudo de qualquer assunto seguindo o caminho errado.

O método em si não predetermina completamente o sucesso no estudo científico natural da realidade: é importante não apenas bom método mas também a habilidade de sua aplicação.

Vários métodos de ramos da ciência natural: física, química, biologia, etc. são particulares em relação ao método dialético geral de cognição. Cada ramo da ciência natural, tendo seu próprio objeto de estudo e seus próprios princípios teóricos, aplica seus próprios métodos especiais decorrentes de uma ou outra compreensão da essência de seu objeto. Os métodos especiais usados, por exemplo, na arqueologia ou na geografia, geralmente não ultrapassam os limites dessas ciências. métodos químicos são usados ​​não apenas em física e química, mas também em astronomia, biologia, arqueologia. A aplicação do método de qualquer ramo da ciência em seus demais ramos se dá pelo fato de seus objetos obedecerem às leis desta ciência. Por exemplo, métodos físicos e químicos são usados ​​em biologia com base no fato de que os objetos de pesquisa biológica incluem, de uma forma ou de outra, formas físicas e químicas do movimento da matéria.

Comparação, análise e síntese

Até pensadores antigos argumentavam: a comparação é a mãe do conhecimento. As pessoas expressaram apropriadamente isso no provérbio: “Se você não conhece a dor, também não conhecerá a alegria”. É impossível saber o que é bom sem conhecer o ruim, é impossível entender o pequeno sem o grande, etc. Tudo se conhece em comparação.

Para descobrir o que é um objeto específico, você deve primeiro descobrir como ele é semelhante a outros objetos e como difere deles. Por exemplo, para determinar a massa de um corpo, é necessário compará-la com a massa de outro corpo tomado como padrão, ou seja, como amostra de medida. Este processo de comparação é realizado pesando em uma balança.

A comparação é o estabelecimento da semelhança e diferença dos objetos. A comparação é a base de muitas medições de ciências naturais que são parte integrante de qualquer experimento.

Comparando objetos entre si, uma pessoa tem a oportunidade de conhecê-los corretamente e, assim, orientar-se corretamente no mundo ao seu redor, influenciá-lo propositalmente. Sendo um método necessário de cognição, a comparação desempenha um papel importante na atividade prática de uma pessoa e na pesquisa em ciências naturais, quando objetos realmente homogêneos e semelhantes em essência são comparados. Não faz sentido comparar, como se costuma dizer, libras com arshins.

A comparação como um método muito geral de cognição aparece frequentemente em vários ramos das ciências naturais como um método comparativo.

O processo de conhecimento científico natural é realizado de tal forma que primeiro observamos o quadro geral do objeto em estudo, no qual os particulares permanecem nas sombras. Com tal observação é impossível conhecer a estrutura interna do objeto. Para estudá-lo, devemos desmembrar os objetos em estudo. A análise é a decomposição mental ou real de um objeto em suas partes componentes. Sendo um método necessário de cognição, a análise é também um dos elementos do processo de cognição.

É impossível conhecer a essência de um objeto apenas decompondo-o nos elementos que o compõem: o químico, segundo Hegel, coloca a carne em sua retorta, submete-a a várias operações e depois diz: descobri que consiste em oxigênio, carbono, hidrogênio, etc etc. Mas essas coisas não comem mais carne. Em cada ramo da ciência natural há, por assim dizer, seu próprio limite para a divisão de um objeto, além do qual se observa outro mundo de propriedades e padrões.

Quando os particulares são suficientemente estudados pela análise, inicia-se o próximo estágio da cognição - a síntese - a unificação em um único todo dos elementos dissecados pela análise.

A análise corrige principalmente aquela coisa específica que distingue as partes umas das outras. A síntese revela o comum que une as partes em um todo único.

O homem decompõe um objeto em suas partes componentes para primeiro descobrir as próprias partes, descobrir em que consiste o todo e depois considerá-lo como constituído de partes, cada uma das quais já foi examinada separadamente. Análise e síntese estão em unidade dialética entre si: em cada um de seus movimentos, nosso pensamento é tão analítico quanto sintético.

A análise e a síntese se originam na atividade prática do homem, em seu trabalho. Uma pessoa aprendeu a analisar mentalmente e sintetizar apenas com base na prática de desmembramento, corte, moagem, junção, composição de objetos na fabricação de ferramentas, roupas, habitação, etc. com isso, uma pessoa aprendeu a analisar mentalmente e sintetizar. Análise e síntese são os principais métodos de pensamento: os processos de separação e conexão, destruição e criação, decomposição e conexão: corpos se repelem e se atraem; elementos químicos entram em contato e se separam; em um organismo vivo, os processos de assimilação e dissimilação são realizados continuamente; na produção há um desmembramento de algo para criar um produto do trabalho necessário à sociedade.

Abstração, idealização e generalização

Cada objeto em estudo é caracterizado por muitas propriedades e está conectado por muitos fios com outros objetos. No processo de conhecimento científico natural, torna-se necessário focar em um lado ou propriedade do objeto em estudo e abstrair de várias outras qualidades ou propriedades.

Abstração é a seleção mental de um objeto, na abstração de suas conexões com outros objetos, alguma propriedade de um objeto em abstração de suas outras propriedades, qualquer relação de objetos em abstração dos próprios objetos. Inicialmente, a abstração se expressava na seleção de alguns objetos com mãos, olhos, ferramentas e distração de outros. Isso é evidenciado pela própria origem da palavra "abstrato" - do verbo latino "tagere" (arrastar) e do prefixo "ab" (para o lado). Sim, e a palavra russa "abstrato" vem do verbo "arrastar" (arrastar).

A abstração é uma condição necessária para o surgimento e desenvolvimento de qualquer ciência e conhecimento humano em geral. A questão do que na realidade objetiva se distingue pelo trabalho abstrato do pensamento e do que o pensamento é distraído, em cada caso específico é resolvido na proporção direta da natureza do objeto que está sendo estudado e das tarefas que são colocadas diante do pesquisador. Por exemplo, em matemática, muitos problemas são resolvidos usando equações sem considerar as coisas específicas por trás delas. Os números não se importam com o que está por trás deles: pessoas ou animais, plantas ou minerais. Este é o grande poder da matemática e, ao mesmo tempo, suas limitações.

Para a mecânica, que estuda o movimento dos corpos no espaço, as propriedades físicas e cinéticas dos corpos, exceto a massa, são indiferentes. I. Kepler não se importou com a cor avermelhada de Marte ou a temperatura do Sol para estabelecer as leis da circulação planetária. Quando Louis de Broglie procurava uma conexão entre as propriedades de um elétron como partícula e como onda, ele tinha o direito de não se interessar por nenhuma outra característica dessa partícula.

A abstração é o movimento do pensamento profundamente no assunto, a seleção de seus elementos essenciais. Por exemplo, para que uma determinada propriedade de um objeto seja considerada química, é necessária uma distração, uma abstração. De fato, as propriedades químicas de uma substância não incluem uma mudança em sua forma, então o químico examina o cobre, distraindo do que exatamente é feito dele.

No tecido vivo do pensamento lógico, as abstrações tornam possível reproduzir uma imagem mais profunda e precisa do mundo do que pode ser feito com a ajuda de percepções.

Um importante método de conhecimento científico natural do mundo é a idealização como um tipo específico de abstração. A idealização é a formação mental de objetos abstratos que não existem e não são viáveis ​​na realidade, mas para os quais existem protótipos no mundo real. A idealização é o processo de formação de conceitos, cujos protótipos reais só podem ser indicados com vários graus de aproximação. Exemplos de conceitos idealizados: "ponto", ou seja, um objeto que não tem comprimento, nem altura, nem largura; "linha reta", "círculo", "carga elétrica pontual", "gás ideal", "corpo absolutamente preto", etc.

A introdução ao processo da ciência natural de estudar objetos idealizados torna possível construir esquemas abstratos de processos reais necessários para mais penetração profunda em seu curso de ação.

Uma tarefa importante do conhecimento das ciências naturais é a generalização - o processo de transição mental do individual para o geral, do menos geral para o mais geral.

Por exemplo, uma transição mental do conceito de "triângulo" para o conceito de "polígono", do conceito de "forma mecânica do movimento da matéria" para o conceito de "forma do movimento da matéria", do julgamento "este metal é eletricamente condutor” para o julgamento “todos os metais são eletricamente condutores”, do julgamento “mecânica uma forma de energia é convertida em calor” para o julgamento “toda forma de energia é convertida em outra forma de energia”, etc.

A transição mental do mais geral para o menos geral é um processo de limitação. Os processos de generalização e limitação estão inextricavelmente ligados. Não há teoria sem generalização. A teoria é criada para aplicá-la na prática para resolver problemas específicos. Por exemplo, para medir objetos, crie instalações técnicas uma transição do mais geral para o menos geral e singular é sempre necessária, ou seja, o processo de limitação é sempre necessário.

abstrato e concreto

O processo do conhecimento científico natural se realiza de duas maneiras interligadas: ascendendo do concreto, dado na percepção e representação, às abstrações, e ascendendo do abstrato ao concreto. No primeiro caminho, a representação visual "evapora" até o grau de abstração; no segundo caminho, o pensamento se move novamente para o conhecimento concreto, mas já para um rico conjunto de inúmeras definições.

Resumo refere-se a uma reflexão unilateral e incompleta de um objeto na consciência. O conhecimento concreto, por outro lado, é um reflexo da real interconexão dos elementos de um objeto no sistema do todo, sua consideração por todos os lados, em desenvolvimento, com todas as contradições a ele inerentes. O concreto é o resultado da pesquisa científica, um reflexo da realidade objetiva em um sistema de conceitos e categorias, uma unidade teoricamente significativa do diverso no objeto de estudo. O método de conhecimento teórico do objeto como um todo é a ascensão do abstrato ao concreto.

Analogia

Na própria natureza da compreensão dos fatos está uma analogia que conecta os fios do desconhecido com o conhecido. O novo é mais fácil de compreender e compreender através das imagens e conceitos do antigo, conhecido. Uma analogia é uma conclusão provável e plausível sobre a semelhança de dois objetos em alguma característica baseada em sua similaridade estabelecida em outras características. A conclusão acaba sendo tanto mais plausível quanto mais características semelhantes os objetos comparados têm e mais significativas essas características são. Apesar de as analogias fornecerem apenas conclusões prováveis, elas desempenham um papel enorme na cognição, pois levam à formação de hipóteses - suposições e suposições científicas, que, durante o estágio subsequente de pesquisa e evidência, podem se transformar em teorias científicas. Uma analogia com o que sabemos ajuda a entender o que é desconhecido. A analogia com o simples ajuda a entender o mais complexo. Assim, por analogia com a seleção artificial das melhores raças de animais domésticos, Charles Darwin descobriu a lei da seleção natural no mundo animal e vegetal. A analogia com o fluxo de líquido em um tubo desempenhou um papel importante no surgimento da teoria da corrente elétrica. Analogias com o mecanismo de ação dos músculos, do cérebro, dos órgãos dos sentidos de animais e humanos levaram à invenção de muitas estruturas técnicas: escavadeiras, robôs, máquinas lógicas etc.

A analogia como método é mais frequentemente usada na teoria da similaridade, na qual a modelagem é baseada.

Modelagem

Na ciência e tecnologia modernas, o método de modelagem está se tornando mais difundido, cuja essência é reproduzir as propriedades do objeto de conhecimento em seu análogo especialmente organizado - o modelo. Se o modelo tiver a mesma natureza física do original, estamos lidando com modelagem física. O modelo pode ser construído com base no princípio da modelagem matemática se tiver uma natureza diferente, mas seu funcionamento é descrito por um sistema de equações idêntico ao que descreve o original em estudo.

A modelagem é amplamente utilizada porque permite explorar os processos característicos do original, na ausência do próprio original e em condições que não exigem sua presença. Isso muitas vezes é necessário pelo inconveniente de estudar o próprio objeto e por outros motivos: alto custo, inacessibilidade, dificuldade de entrega, imensidão, etc.

O valor do modelo reside no fato de que é muito mais fácil de fazer, é mais fácil experimentar com ele do que com o original etc.

Recentemente, foram desenvolvidos ativamente dispositivos de simulação eletrônica, nos quais, com a ajuda de processos eletrônicos, um processo real é reproduzido de acordo com um determinado programa. O princípio da modelagem é a base da cibernética. A modelagem é usada no cálculo das trajetórias de mísseis balísticos, no estudo do modo de operação de máquinas e empresas inteiras, na distribuição de recursos materiais, etc.

Indução e dedução

Como um método de pesquisa em ciências naturais, a indução pode ser definida como o processo de inferir posição geral a partir da observação de uma série de fatos isolados particulares.

Geralmente existem dois tipos principais de indução: completa e incompleta. Indução completa - a conclusão de algum julgamento geral sobre todos os objetos de um determinado conjunto com base na consideração de cada objeto determinado conjunto. O escopo de tal indução é limitado a objetos, cujo número é finito. Na prática, é mais utilizada a forma de indução, que envolve a conclusão sobre todos os objetos do conjunto com base no conhecimento de apenas uma parte dos objetos. Tais conclusões de indução incompleta são muitas vezes probabilísticas. A indução incompleta, baseada em estudos experimentais e incluindo justificativa teórica, é capaz de dar uma conclusão confiável. Chama-se indução científica. Segundo o famoso físico francês Louis de Broglie, a indução, na medida em que busca ultrapassar os limites do pensamento já existentes, é a verdadeira fonte do progresso verdadeiramente científico. Grandes descobertas, avanços no pensamento científico são, em última análise, criados por indução - um método criativo arriscado, mas importante.

A dedução é o processo de raciocínio analítico do geral para o particular ou menos geral. O início (premissas) da dedução são axiomas, postulados, ou simplesmente hipóteses que têm o caráter de enunciados gerais, e o fim são as consequências de premissas, teoremas. Se as premissas da dedução são verdadeiras, suas consequências também o são. A dedução é o principal meio de prova. A aplicação da dedução permite deduzir das verdades óbvias conhecimentos que não podem mais ser compreendidos com clareza imediata por nossa mente, mas, em virtude do próprio método de obtê-los, são bastante razoáveis ​​e, portanto, confiáveis. A dedução realizada de acordo com regras estritas não pode levar a erros.

Lógica de abertura

O caminho lógico da criatividade científica e técnica associada à descoberta, na maioria das vezes começa com o surgimento de uma suposição, ideia, hipótese correspondente. Tendo apresentado uma ideia, tendo formulado um problema, o cientista procura sua solução e depois a refina por cálculos, verificação pela experiência.

Descoberta - o estabelecimento de novos padrões, propriedades e fenômenos do mundo material, anteriormente desconhecidos, introduzindo mudanças fundamentais no nível de conhecimento. Por trás das "costas" de qualquer descoberta está o caminho espinhoso que levou a ela, muitas vezes sinuoso, contraditório e sempre instrutivo. Acredita-se que uma descoberta é o resultado de um acidente, um súbito insight de pensamento, inspiração, uma misteriosa intuição criativa, um subconsciente ou mesmo um estado mórbido da psique, capaz de criar combinações inusitadas a partir de impressões comuns, dando origem a ideias "loucas" que podem quebrar nossas ideias usuais.

Os caminhos que levam à descoberta são realmente bizarros. Tais caminhos às vezes são conduzidos por acaso. Por exemplo, o notável cientista dinamarquês H.K. Certa vez, Oersted mostrou aos alunos experimentos com eletricidade. Ao lado do condutor incluído no circuito elétrico havia uma bússola. Quando o circuito foi concluído, a agulha da bússola magnética desviou-se repentinamente. Percebendo isso, um estudante curioso pediu ao cientista que explicasse esse fenômeno. Como resultado de repetidos experimentos e raciocínio lógico, o cientista fez uma grande descoberta, que consiste em estabelecer uma conexão entre magnetismo e eletricidade. Essa descoberta, por sua vez, serviu de base para a invenção do eletroímã e outras descobertas.

Existem muitos exemplos desse tipo, mas eles não podem nos convencer de que as descobertas em geral são o resultado do puro acaso. Você tem que saber aproveitar a oportunidade. O acaso ajuda aqueles que trabalham duro para implementar sua ideia, planejar. Vemos a casa, mas não notamos a fundação sobre a qual ela está. A base de qualquer descoberta e invenção é uma experiência universal e pessoal.

Na atividade criativa de um cientista, muitas vezes há casos em que um ato criativo de pensamento é reconhecido como ready-made, e o próprio autor aparece como se o tivesse “visto” de repente. Por trás da capacidade, por assim dizer, "de repente" de apreender a essência do assunto e sentir total confiança na correção da ideia, em essência, está a experiência acumulada, o conhecimento previamente adquirido e o trabalho árduo de um pensamento de busca. Além disso, cada nova descoberta ou invenção é preparada por muitas vitórias e equívocos anteriores.

A descoberta como resolução de contradições

Uma das características do trabalho criativo é a resolução de contradições. Qualquer descoberta ou invenção científica é a criação de uma nova, inevitavelmente associada à negação do antigo. Essa é a dialética do desenvolvimento do pensamento. O processo criativo é bastante lógico. É construída uma cadeia lógica de operações, na qual um elo segue naturalmente o outro: definir a tarefa, prever o resultado final ideal, encontrar a contradição que impede o alcance da meta, descobrir a causa da contradição e, por fim, resolver o problema. contradição.

Por exemplo, na construção naval, para garantir a navegabilidade de um navio, é necessário levar em conta de maneira ideal as condições opostas: para que o navio seja estável, é necessário torná-lo mais largo e, para que seja mais rápido, é aconselhável torná-lo mais longo e estreito. As contradições técnicas na construção de aeronaves são especialmente evidentes: a aeronave deve ser forte e leve, enquanto os requisitos de resistência e leveza são opostos.

A história das ciências naturais e da tecnologia mostra que a grande maioria das invenções é resultado da superação de contradições. Um cientista natural astuto e um inventor experiente, como regra, começando a resolver um problema científico ou técnico, entendem claramente em que direção está indo o desenvolvimento da ciência e da tecnologia. As descobertas muitas vezes nascem em uma situação em que um cientista é "conduzido" a um beco sem saída por fatos paradoxais e inesperados que parecem ser um erro no experimento, desvios das leis. Acadêmico P. L. Kapitsa disse uma vez que o físico está interessado não tanto nas leis em si, mas nos desvios delas. E isso é verdade, porque, ao examiná-los, os cientistas geralmente descobrem novos padrões. Em uma situação de paradoxo descoberto, surge uma hipótese de trabalho que explica e, assim, elimina o paradoxo. É verificado por experiência.

Fazer uma descoberta significa estabelecer corretamente o lugar apropriado de um novo fato no sistema de teoria como um todo, e não apenas descobri-lo. Quando novos fatos entram em conflito com uma teoria existente, a lógica do pensamento de uma forma ou de outra resolve essa contradição, e sempre a favor das exigências de novos fatos. Sua compreensão leva à construção de uma nova teoria.

Imaginação criativa e intuição

A imaginação criativa permite captar o sentido geral de uma nova construção e os caminhos que levam a ela, usando detalhes que são pouco perceptíveis ou não perceptíveis a olho nu, fatos únicos. Uma pessoa privada de imaginação criativa e de uma ideia orientadora pode não ver nada de especial em uma abundância de fatos, está acostumada a eles.

O poder da imaginação criativa permite que uma pessoa olhe para coisas que se familiarizaram com novos olhos e distinga características nelas que não foram notadas por ninguém antes. Um engenheiro inglês foi instruído a construir uma ponte sobre o rio, que seria forte e ao mesmo tempo barata. Certa vez, enquanto caminhava pelo jardim, o engenheiro notou uma teia de aranha esticada no caminho. No mesmo momento, surgiu-lhe a ideia de construir uma ponte suspensa sobre correntes de ferro.

A arte desempenha um papel essencial no desenvolvimento da imaginação criativa. E está longe de ser acidental que vários físicos e matemáticos proeminentes considerem a beleza e um senso desenvolvido de beleza como um princípio heurístico da ciência, um atributo essencial da intuição científica.

Muitos cientistas argumentam que, por exemplo, a música contribui para o desenvolvimento da intuição, ou seja, a capacidade de ver e transformar os fatos na imaginação para que eles tracem a harmonia do natural. Por exemplo, o excelente acadêmico P.S. Alexandrov organizava noites ouvindo música clássica e, para cada música que ouvia, encontrava uma narrativa verbal peculiar, mas interessante. Sabe-se que P. Dirac apresentou a ideia da existência do pósitron por razões puramente estéticas.

No processo de descoberta científica, a intuição desempenha um papel importante - a capacidade de compreender a verdade por meio de sua discrição direta, sem comprovação com a ajuda de evidências.

O processo de criatividade, compreensão dos dados da percepção sensorial é muitas vezes realizado na ordem de uma generalização instantânea, uma espécie de fechamento mental, diretamente dos dados iniciais ao resultado. Há uma rápida mobilização da experiência passada para compreender a essência de qualquer fato. Refinado pela vasta experiência, o olho sábio de um médico sem raciocínio, por sintomas insignificantes, capta imediatamente a essência da doença, e então o médico comprova a exatidão de seu instinto.

Uma pessoa geralmente atinge o topo de um sentimento intuitivo elevado, contando com uma base sólida. experiência de vida nas asas da inspiração. Muitos cientistas e artistas acreditam que os momentos mais frutíferos em seu processo criativo são momentos de inspiração. Depois de algumas buscas, talvez muito longas e dolorosas, uma incrível sensação de impulso criativo e clareza de consciência de repente se instala. Nesse momento, uma pessoa trabalha rapidamente e sente que está indo bem, exatamente como precisa, como queria. O conceito de intuição aproxima a criatividade científica da criatividade artística.

As descobertas nunca crescem do zero. Eles surgem como resultado do preenchimento da consciência de um cientista com intensas buscas para resolver alguns problemas criativos. Tentando recriar o caminho psicológico e lógico pelo qual o cientista percorre até a descoberta, nos deparamos com sua incrível capacidade de olhar as coisas como se fosse a primeira vez, sem o peso das ideias habituais.

Um dia, andando pela rua sob forte chuva, o cientista russo N.E. Zhukovsky, imerso em pensamentos, parou em frente ao riacho, por onde teve que passar. De repente, seus olhos caíram sobre um tijolo caído no meio de uma corrente de água. O cientista começou a observar cuidadosamente como, sob a pressão da água, a posição do tijolo mudou e, ao mesmo tempo, a natureza do jato de água que envolvia o tijolo mudou ... A alegria da descoberta brilhou no rosto do cientista : aqui está, a solução desejada do problema hidrodinâmico! Muitas pessoas viram um tijolo caído em um riacho centenas de vezes e passaram por um fenômeno comum para elas. E somente o olho de um cientista com observação aguçada e o poder da imaginação criativa pode ver características importantes nesse fato e descobrir o padrão do fenômeno.

A observação afiada, o estudo meticuloso dos fatos e o poder da imaginação criativa levam às conquistas de tudo o que é novo. No processo de pesquisa científica - experimental ou teórica - um cientista procura a solução certa para o problema, realiza uma pesquisa. A busca pode ser feita às apalpadelas, ao acaso, mas também pode ser proposital. Em cada criação há uma ideia orientadora que desempenha um grande papel. Esta é uma espécie de força orientadora; sem ela, o cientista inevitavelmente se condena a vagar no escuro. A observação, a experiência, realizada ao acaso, sem uma ideia geral claramente consciente, não pode levar a resultado efetivo. Sem uma ideia na cabeça, disse I.P. Pavlov, você não verá o fato.

Um cientista não pode conhecer todos os fatos: eles são inumeráveis. Isso significa que uma escolha razoável de fatos bem definidos deve ser feita a partir do mar de fatos e, ao mesmo tempo, daqueles que são necessários para entender a essência do problema. Para não negligenciar nenhum fato significativo, é preciso saber de antemão ou sentir intuitivamente o que eles valem. Os resultados da compreensão intuitiva precisam de prova lógica de sua veracidade.

Prova

Uma característica do pensamento científico é a prova. A veracidade ou falsidade de uma afirmação, via de regra, não possui provas transparentes. Apenas os julgamentos mais simples precisam apenas da aplicação da percepção sensorial para confirmar sua verdade. A grande maioria das afirmações são aceitas como verdadeiras, não no nível conhecimento sensorial e não separadamente de todas as outras verdades, mas no nível do pensamento lógico, em conexão com outras verdades, ou seja, a título de prova.

Em qualquer prova existem: uma tese, fundamentos para a prova (argumentos) e um método de prova. Uma tese é uma proposição cuja verdade ou falsidade é esclarecida por meio de evidências. A prova pela qual a falsidade é estabelecida é chamada de refutação.

Chamam-se fundamentos ou argumentos todas as disposições em que se baseia a prova e das quais decorre necessariamente a verdade da tese que está sendo provada. Os fundamentos consistem em declarações sobre certos fatos, definições, axiomas e declarações previamente comprovadas.

Axiomas são disposições que não são comprovadas em uma dada ciência e desempenham nela o papel de fundamentos aceitáveis ​​para verdades comprováveis.

A conexão dos fundamentos e das conclusões deles, resultando no necessário reconhecimento da verdade da tese que está sendo provada, é chamada de método de prova. Evidências para a mesma posição da ciência podem ser diferentes. A conexão de fundamentos que levam à verdade de uma tese demonstrativa não é única. Como não é dado junto com os fundamentos em si, mas deve ser estabelecido, a prova é uma tarefa teórica. Em vários casos, o problema da prova se mostra tão difícil que sua solução exige enormes esforços dos cientistas por décadas ou mesmo séculos. Por quase dois milênios e meio, a existência do átomo permaneceu sem comprovação, até que os sucessos da nova física experimental e teórica finalmente trouxeram essa prova. A brilhante conjectura de Giordano Bruno sobre a existência de planetas girando em torno de outras estrelas recebeu confirmação conclusiva apenas nas últimas décadas.

Desde métodos primitivos de prova, baseados em representações imprecisas e aproximadas, até provas modernas baseadas em fatos confiáveis, conceitos precisamente definidos, em axiomas livres de contradições e suficientes em seu número, bem como em disposições previamente comprovadas estritamente, a prática da prova tem percorreu um longo caminho, melhorando, elevando a cultura mental ao nível da ciência moderna.

Orientação prática do experimento

O desenvolvimento da sociedade é em grande parte determinado pelo nível de tecnologias intensivas em ciência, cujas inúmeras áreas são baseadas nas conquistas dos ramos relevantes das ciências naturais. A ciência natural moderna tem uma grande variedade de métodos de pesquisa, entre os quais o experimento é o meio mais eficaz e eficiente de cognição.

O experimento de hoje é caracterizado por três características principais:

o crescente papel da base teórica do experimento. Em muitos casos, o experimento é precedido de trabalho teórico, concentrando o enorme trabalho de um grande número de teóricos e experimentadores;

a complexidade do equipamento técnico da experiência. A técnica experimental é geralmente saturada com equipamentos eletrônicos multifuncionais, dispositivos mecânicos de precisão, dispositivos altamente sensíveis, transdutores de alta precisão, etc. A maioria das configurações experimentais é um sistema completamente fechado regulação automática, em que meios técnicos fornecem as condições experimentais especificadas com precisão bem definida, registram resultados experimentais intermediários e realizam seu processamento sequencial;

a escala do experimento. Algumas configurações experimentais se assemelham a objetos complexos de grande escala. A construção e operação de tais instalações são caras. Além disso, objetos experimentais podem ter um impacto ativo no meio ambiente.

O experimento é baseado no impacto prático do sujeito sobre o objeto em estudo e muitas vezes inclui operações de observação que levam não apenas a resultados qualitativos, descritivos, mas também quantitativos que requerem processamento matemático posterior. Deste ponto de vista, um experimento é um tipo de ação prática realizada com o objetivo de obter conhecimento. No processo de pesquisa experimental em ciências naturais sob condições controladas e controladas, várias propriedades e fenômenos da natureza são estudados.

Diferente da simples observação por influência ativa sobre o objeto em estudo, na maioria dos casos o experimento é realizado com base em uma ou outra teoria que determina a formulação do problema experimental e a interpretação dos resultados. Muitas vezes, a principal tarefa de um experimento é testar hipóteses e previsões de uma teoria que são de importância fundamental, aplicada e fundamental. Sendo um critério de verdade científica natural, o experimento é a base do conhecimento científico da realidade.

A experiência, como a observação, refere-se às formas empíricas do conhecimento das ciências naturais. No entanto, existem diferenças significativas entre eles: um experimento é uma atividade humana que transforma o mundo externo, enquanto a observação é caracterizada pelas características de contemplação e percepção sensorial do objeto em estudo. Durante o experimento, com intervenção ativa no objeto em estudo, distingue-se artificialmente uma ou outra de suas propriedades, que são objeto de estudo em condições naturais ou especialmente criadas.

No curso de um experimento de ciências naturais, muitas vezes recorre-se à modelagem física tanto do objeto em estudo quanto de várias condições controladas nas quais o objeto está localizado. Para isso, são criadas instalações e dispositivos especiais: câmaras de pressão, termostatos, armadilhas magnéticas, aceleradores, etc. Com a ajuda deles, são criadas temperaturas e pressões ultrabaixas e ultra altas, vácuo e outras condições. Em alguns casos, a modelagem do objeto em estudo é o único meio de implementação do experimento.

Muitos estudos experimentais visam não apenas comprovar a verdade científica natural, mas também desenvolver tecnologias para fabricar novos tipos de vários produtos de alta qualidade. É nisso que a orientação prática do experimento se manifesta mais fortemente como forma direta de melhorar qualquer ciclo tecnológico.

Ferramentas experimentais são inerentemente não homogêneas: elas podem ser divididas em três sistemas principais que diferem em seu propósito funcional:

proporcionar impacto no objeto em estudo;

complexo sistema de medição instrumental.

Dependendo do problema experimental, esses sistemas desempenham papéis diferentes. Por exemplo, ao determinar as propriedades magnéticas de uma substância, os resultados do experimento dependem em grande parte da sensibilidade dos instrumentos. Ao mesmo tempo, ao realizar experimentos com uma substância que não ocorre na natureza em condições normais e mesmo em baixas temperaturas, todos os sistemas de ferramentas experimentais desempenham um papel importante.

Quanto mais complexa a tarefa experimental, mais aguda é a questão da pureza do experimento e da confiabilidade dos resultados obtidos. Existem quatro maneiras de resolver esse problema:

repetição repetida de medições;

aperfeiçoamento de sistemas e dispositivos técnicos; melhorando sua precisão, sensibilidade e resolução;

consideração mais rigorosa dos fatores principais e não principais que afetam o objeto em estudo;

planejamento preliminar do experimento, que permite levar em conta ao máximo as especificidades do objeto em estudo e as possibilidades de instrumentação.

Quanto mais puramente o experimento é montado, mais cuidadosamente todas as características do objeto em estudo são analisadas preliminarmente e quanto mais sensíveis os instrumentos, mais precisos os resultados experimentais e mais próximos eles correspondem à verdade científica natural.

Em qualquer experimento de ciências naturais, três estágios principais podem ser vistos:

preparatório;

obtenção de dados experimentais;

processamento de resultados experimentais e sua análise.

A etapa preparatória geralmente inclui um estudo teórico do experimento, seu planejamento, elaboração do objeto em estudo, projeto e criação de uma base técnica, incluindo instrumentação. Em uma base experimental bem preparada, os dados obtidos, via de regra, se prestam mais facilmente a processamentos matemáticos complexos. A análise dos resultados do experimento permite avaliar um ou outro parâmetro do objeto em estudo e compará-lo com o valor teórico correspondente ou com o valor experimental obtido por outros meios técnicos, o que é muito importante para determinar a correção e o grau de confiabilidade dos resultados obtidos.

Antecedentes teóricos do experimento

O condicionamento mútuo do conhecimento empírico e teórico dificilmente está em dúvida. Experimentos modernos e teoria estão tão fortemente entrelaçados que é quase impossível responder inequivocamente à questão de qual desses conhecimentos pode ser considerado como o início absoluto do conhecimento das ciências naturais, embora numerosos exemplos de pesquisa científica possam ser citados quando os princípios empíricos antecipam a teoria e vice-versa. . A análise da relação entre os princípios empíricos e teóricos é relevante até os dias de hoje.

Os ramos mais abstratos da matemática estão cada vez mais sendo introduzidos na pesquisa teórica, e muitos cálculos teóricos são realizados usando poderosas ferramentas de computação. A investigação experimental está a ser desenvolvida através da introdução de novos métodos utilizando meios técnicos relativamente complexos. O experimento está adquirindo cada vez mais proporções industriais e, em alguns casos, gigantescas. Ao mesmo tempo, o papel de seu suporte teórico também aumenta, ou seja, pode-se falar com segurança sobre a condicionalidade teórica dos estudos experimentais modernos.

Em todas as etapas da pesquisa experimental, a atividade mental do experimentador, que na maioria das vezes tem natureza filosófica, é muito importante. Resolvendo, por exemplo, questões: o que é um elétron, é um elemento do mundo real ou uma pura abstração, pode ser observado, até que ponto o conhecimento sobre o elétron é verdadeiro, etc., o cientista toca de uma forma ou de outra sobre os problemas filosóficos da ciência natural. Uma conexão mais profunda entre a ciência natural e a filosofia atesta uma alto nível seu desenvolvimento. Naturalmente, ao longo do tempo, o pensamento teórico com orientação filosófica muda e adquire várias formas e conteúdos. Os melhores resultados serão alcançados por um cientista natural que seja fluente em suas questões estritamente profissionais e que seja facilmente orientado em questões filosóficas gerais relacionadas principalmente à dialética e à teoria do conhecimento científico natural.

O desejo dos cientistas de criar uma imagem científica do mundo aproxima a ciência natural da filosofia. A imagem científica do mundo tem mais generalidade do que os esquemas teóricos de declarações científicas naturais específicas. É formado através de conexões especiais de elementos individuais de cognição e é um modelo ideal muito geral de processos reais, fenômenos e propriedades da matéria, estudados dentro de ramos estreitos da ciência natural. Em um sentido amplo, a imagem científica do mundo expressa um conhecimento geral sobre a natureza, que é característico de este estágio desenvolvimento da sociedade. Descrição da imagem do mundo em ideia geral cria conceitos mais ou menos próximos dos conceitos da linguagem cotidiana, cotidiana.

Naqueles períodos de desenvolvimento da ciência natural, quando a velha imagem do mundo é substituída por uma nova, ao estabelecer um experimento, o papel das idéias filosóficas na forma de postulados teóricos, com base nos quais o experimento é implementado , aumenta.

Na era da formação da física como ciência, quando não havia teorias científicas naturais especiais, os cientistas, via de regra, eram guiados por idéias filosóficas gerais sobre a unidade e a relação de objetos materiais e fenômenos naturais. Por exemplo, G. Galileu, lançando as bases da mecânica clássica, baseou-se no modelo geral da unidade do mundo. Tal ideia ajudou a olhar para o céu com “olhos terrestres” e descrever o movimento dos corpos celestes por analogia com o movimento dos corpos na Terra, o que por sua vez levou os cientistas a estudar mais cuidadosamente várias formas de movimento mecânico, como resultado de quais as leis clássicas da mecânica foram descobertas.

A ideia filosófica da unidade material do mundo alimentou muitos estudos experimentais e contribuiu para o acúmulo de novos fatos científicos naturais. Assim, por exemplo, o famoso físico dinamarquês H. Oersted, pensando na relação entre fenômenos de diferentes naturezas físicas - calor, luz, eletricidade e magnetismo - como resultado de estudos experimentais descobriu o efeito magnético da corrente elétrica.

O papel dos pré-requisitos teóricos do experimento é especialmente importante, quando o conhecimento teórico existente serve de base para novas descobertas naturais. problemas científicos e hipóteses que requerem justificação empírica preliminar.

Nas condições modernas, o papel do trabalho teórico está aumentando na fase preparatória do experimento; em cada operação, certos procedimentos de pesquisa teóricos e práticos são incluídos de diferentes maneiras. Existem quatro operações principais da fase preparatória do experimento:

definir o problema do experimento e propor opções hipotéticas para sua solução;

desenvolvimento de um programa de pesquisa experimental,

elaboração do objeto em estudo e criação de um setup experimental;

· Análise qualitativa do percurso do experimento e adequação do programa de pesquisa e instrumentação.

Com aparente aleatoriedade, as descobertas empíricas se encaixam em um esquema lógico bem definido, cujo elemento inicial é a contradição entre o conhecimento teórico conhecido e os novos dados empíricos. Tal contradição é a base lógica do problema recém-surgido - uma espécie de fronteira entre o conhecimento e a ignorância - o primeiro passo para a compreensão do desconhecido. O próximo passo é hipotetizar solução possível Problemas.

A hipótese apresentada, juntamente com as consequências dela derivadas, serve como base que determina as metas, objetivos e meios práticos do experimento. Em alguns casos, com o esquema teórico atual, a hipótese pode ter um alto grau de confiabilidade. Tal hipótese fixa rigidamente o programa do experimento e o direciona para a busca do resultado teoricamente previsto. Em outros casos, quando um esquema teórico está apenas emergindo, o grau de confiabilidade da hipótese pode ser baixo. Ao mesmo tempo, a teoria apenas delineia o esquema do experimento, e o número de tentativas e erros aumenta.

Na fase preparatória do experimento, um papel enorme e inestimável é desempenhado pelo trabalho inventivo e de design como uma ferramenta científica. processo criativo. O sucesso de qualquer trabalho experimental depende do talento de um cientista, determinado por sua visão, profundidade de pensamento abstrato, originalidade na resolução de problemas técnicos, capacidade de atividade inventiva, que é uma transição intencional consistente do conhecimento teórico para a pesquisa prática.

Assim, embora o experimento seja baseado na atividade prática, mas, sendo um método das ciências naturais de conhecer a realidade, inclui meios lógicos e teóricos, cuja combinação harmoniosa nos permite resolver o problema com sucesso.

Combinação de conhecimento prático e teórico

A preparação do objeto em estudo e a criação do setup experimental são etapas importantes na implementação do programa de pesquisa, após o que se inicia o período principal do trabalho experimental propriamente dito. Tal período, ao que parece, é caracterizado por sinais puramente empíricos: uma mudança nas condições controladas, ligar e desligar dispositivos e vários mecanismos, fixar certas propriedades, efeitos etc. diminuir. Mas, na verdade, o oposto é verdadeiro - sem conhecimento teórico, é impossível definir tarefas intermediárias e resolvê-las. A configuração experimental é materializado, conhecimento materializado. O papel da teoria na entrada do experimento envolve a elucidação do mecanismo de formação do objeto de conhecimento e a interação do sujeito, instrumentos e objeto, medição, observação e registro de dados experimentais.

As premissas teóricas podem contribuir para a obtenção de informações positivas sobre o mundo, uma descoberta científica, ou interferir, desviar a busca do caminho certo – tudo depende se essas premissas são verdadeiras ou não. Às vezes os cientistas, por circunstâncias objetivas ou subjetivas, são guiados por falsas premissas, o que, obviamente, não contribui para uma reflexão objetiva da realidade. Por exemplo, uma falsa interpretação dos problemas científicos da cibernética e da genética levou a um atraso significativo nesses ramos do conhecimento.

Na história das ciências naturais, há uma tendência no desenvolvimento do processo de cognição desde o estudo qualitativo de um objeto ou fenômeno até o estabelecimento de seus parâmetros quantitativos e a identificação de padrões gerais expressos em uma forma estritamente matemática. O rigor e a precisão das informações experimentais neste caso dependem da perfeição dos métodos de medição e da sensibilidade da resolução e precisão da técnica de medição.

O experimento moderno é caracterizado pela alta precisão de medição. Existem várias maneiras de melhorar a precisão:

introdução de novos padrões;

o uso de dispositivos sensíveis;

Contabilização de todas as condições que afetam o objeto;

uma combinação de diferentes tipos de medições;

· Automação do processo de medição.

A combinação ótima desses caminhos é determinada pela propriedade subjetiva do cientista natural e depende em grande parte do grau de perfeição da técnica experimental.

A organização da interação constante de observação, medição e descrição quantitativa no processo de experimento é mediada pelo conhecimento teórico, incluindo uma compreensão filosófica da imagem do mundo, hipóteses, etc.

O conhecimento teórico durante o experimento está subjacente:

formação de um complexo objeto de pesquisa;

· rearranjo dos elementos do objeto, ocultos à observação direta;

fixação e registro de dados experimentais;

· interpretação dos dados recebidos e sua comparação com os teóricos.

Ao implementar esses processos, o cientista natural compara constantemente suas ações e resultados com premissas teóricas. Quando o experimento está na fase final e os principais resultados experimentais são coletados, o trabalho teórico não para - visa processar os resultados do experimento.

Processamento de resultados experimentais

Após a obtenção dos primeiros resultados experimentais, o procedimento experimental continua. Em primeiro lugar, como regra, um experimento único não dá uma resposta definitiva à questão colocada. Em segundo lugar, os resultados experimentais obtidos necessitam de refinamento lógico, transformando-os em fato científico, isto é, em cuja verdade não há dúvida.

A ideia de fatos como manifestações da realidade, fixadas diretamente nas formas de reflexão sensorial, desenvolveu-se na ciência em um estágio inicial do nascimento da ciência natural. A prática da ciência natural moderna mostra que nem todos os fatos são percebidos diretamente, na maioria das vezes os fatos não são algo que imediatamente chama a atenção e pode ser registrado por qualquer pessoa que tenha visão normal.

Os fatos na ciência natural não são simplesmente coletados, mas são formados ativamente pelo cientista natural, o que de forma alguma reduz sua objetividade. Igualmente, a teoria, apesar da manifestação da atividade criativa do sujeito, não perde sua objetividade se for verdadeira.

Dados experimentais separados obtidos no estágio inicial da pesquisa empírica não se tornam por si só fatos da ciência. Eles podem conter erros relacionados à configuração incorreta do experimento, leituras incorretas de instrumentos de medição, desvios no funcionamento dos órgãos dos sentidos, etc. Portanto, nas ciências naturais, como regra, não é realizado um, mas uma série de experimentos . Os resultados do experimento são esclarecidos e verificados, as informações que faltam são coletadas e experimentos adicionais são realizados. Em seguida, os dados obtidos em uma série de experimentos são submetidos a processamento matemático.

Apesar da aparente simplicidade de obter e processar dados experimentais primários, ou seja, os resultados de observações e medições, o processamento matemático, com certa especificidade, é realizado no âmbito de uma teoria estrita de erros, com base na qual a confiabilidade de os resultados finais são determinados quantitativamente. Por mais precisas que sejam as observações e medições, os erros são inevitáveis, e a tarefa do cientista natural é aproximar os dados experimentais dos valores objetivos das grandezas que estão sendo determinadas, ou seja, reduzir o intervalo de imprecisão. Para isso, cada pesquisador deve estar ciente de todos os erros encontrados na prática da pesquisa experimental. A moderna teoria do erro equipa os experimentadores com meios confiáveis ​​de corrigir dados experimentais.

O processamento estatístico não é apenas um meio eficaz de esclarecer dados experimentais, peneirando erros aleatórios, mas também o primeiro passo para generalizá-los no processo de formação de um fato científico. É claro que o processamento estatístico é uma operação necessária, mas não suficiente, na transição de dados empíricos para fatos científicos naturais.

Após esclarecimento dos resultados experimentais, inicia-se a próxima etapa - comparação e processamento. Se, como resultado de comparação e generalização, o material é preparado para generalizações subsequentes, um novo fenômeno é registrado na ciência. No entanto, isso não significa a conclusão do processo de formação de um fato científico. Um fenômeno recém-registrado torna-se um fato científico após sua interpretação.

Assim, um fato científico obtido em um experimento é o resultado de uma generalização de um conjunto de conclusões baseadas em observações e medidas das características do objeto em estudo ao predizê-las na forma de uma hipótese.

Especificidades da pesquisa experimental e teórica moderna

Ao longo de todas as etapas do experimento, o cientista natural é guiado de uma forma ou de outra pelo conhecimento teórico. No século passado, por uma série de razões objetivas, a principal atividade profissional de alguns cientistas passou a ser o trabalho exclusivamente teórico. Um dos primeiros cientistas que não realizou nenhum experimento foi o físico alemão Max Planck.

Houve, portanto, uma divisão dos cientistas naturais em teóricos profissionais e experimentadores. Tendências experimentais e teóricas surgiram em muitos ramos das ciências naturais e, de acordo com elas, surgiram laboratórios especializados e até institutos, por exemplo, o Instituto de Física Teórica. Esse processo ocorre mais ativamente na segunda metade do século XX. Antigamente, não apenas Newton e Huygens, mas também teóricos eminentes como Maxwell, costumavam testar experimentalmente suas conclusões e afirmações teóricas. Nas últimas décadas, no entanto, apenas em casos excepcionais o teórico realiza trabalhos experimentais para confirmar as conclusões de sua pesquisa teórica.

Uma das razões objetivas essenciais para o isolamento profissional de experimentadores e teóricos é que os meios técnicos de experimento se tornaram muito mais complicados. O trabalho experimental requer a concentração de grandes esforços, está além do poder de uma pessoa e é realizado na maioria dos casos por toda uma equipe de cientistas. Por exemplo, para realizar um experimento usando um acelerador, reator, etc., é necessária uma equipe relativamente grande de pesquisadores. Portanto, mesmo com forte desejo, o teórico não consegue testar na prática suas conclusões teóricas e propostas.

Nos anos 60 deste século, quando quase todos os ramos das ciências naturais estavam em ascensão, o acadêmico P.L. Kapitsa falou com preocupação sobre a lacuna entre teoria e experimento, entre teoria e vida, entre teoria e prática, observando a separação da ciência teórica da vida, por um lado, e, por outro, a qualidade insuficiente do trabalho experimental , o que perturba o desenvolvimento harmonioso da ciência.

O desenvolvimento harmonioso da ciência natural é possível quando a teoria se baseia em uma base experimental suficientemente sólida. E isso significa que o experimentador precisa de uma boa base material; uma sala com todos os tipos de equipamentos especiais, um grande conjunto de instrumentos altamente sensíveis, materiais especiais, oficinas, etc. O ritmo de desenvolvimento das ciências naturais é em grande parte determinado pela perfeição de tal base material.

A separação da teoria do experimento, da experiência, da prática causa um dano enorme, antes de tudo, à própria teoria e, consequentemente, à ciência como um todo. A separação da experiência e da vida é característica não apenas dos cientistas naturais, mas também dos filósofos que lidam com os problemas filosóficos da ciência natural. Um exemplo vívido é a atitude de alguns filósofos em relação à cibernética no final dos anos 1940 e início dos anos 1950, quando a cibernética era chamada de pseudociência reacionária nos dicionários filosóficos russos. Se os cientistas fossem guiados por tal definição de cibernética, então, obviamente, a exploração do espaço e a criação de tecnologias modernas intensivas em ciência não se tornariam realidade, uma vez que processos multifuncionais complexos, independentemente de seu campo de aplicação, são controlados por sistemas cibernéticos.

O trabalho de cientistas naturais proeminentes, que deram uma grande contribuição para o desenvolvimento da ciência natural moderna, sem dúvida ocorreu em estreita interconexão entre teoria e experimento. Portanto, para o desenvolvimento da ciência natural em solo saudável qualquer generalização teórica deve necessariamente ser testada experimentalmente. Somente o desenvolvimento harmonioso do experimento e da teoria é capaz de elevar todos os ramos da ciência natural a um nível qualitativamente novo.

Métodos modernos e meios técnicos de experimentação

Os métodos experimentais e os meios técnicos da moderna pesquisa em ciências naturais chegaram alto grau perfeição. Muitos dispositivos técnicos do experimento são baseados em princípios físicos. Mas sua aplicação prática vai muito além do escopo da física, um dos ramos das ciências naturais. Eles são amplamente utilizados em química, biologia e outras ciências naturais relacionadas. Com o advento da tecnologia a laser, computadores, espectrômetros e outras tecnologias avançadas, fenômenos naturais e propriedades de objetos materiais anteriormente desconhecidos tornaram-se disponíveis para pesquisa experimental, e a análise de processos físicos e químicos rápidos tornou-se possível.

Tecnologia laser. Para estudos experimentais de muitos processos físicos, químicos e biológicos, três direções no desenvolvimento da tecnologia laser são muito importantes:

· desenvolvimento de lasers com comprimento de onda de radiação ajustável;

criação de lasers ultravioleta;

Reduzindo a duração do pulso de radiação do laser para 1 como (10-18 s) e menos:

Quanto mais amplo o espectro de radiação do laser, no qual ele pode ser ajustado, mais valioso esse laser é para um pesquisador. Entre os lasers de comprimento de onda sintonizáveis, os lasers de corante são amplamente utilizados. O comprimento de onda de radiação desses lasers cobre o espectro do ultravioleta próximo ao infravermelho próximo, incluindo a faixa visível, e é facilmente sintonizado nesse espectro. Até o momento, foram desenvolvidos lasers cujo comprimento de onda é inferior a 300 nm, ou seja, corresponde à região ultravioleta. Esses lasers incluem, por exemplo, o laser de fluoreto de criptônio.

Estão sendo desenvolvidos lasers cuja duração do pulso de radiação se aproxima de 1 as. Esses lasers, sem dúvida, permitirão determinar o mecanismo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em uma velocidade extremamente alta.

É difícil enumerar todas as áreas de aplicação dos lasers para o estudo de diversos processos químicos. Para citar apenas alguns: na fotoquímica, o laser ajuda a estudar o processo de fotossíntese e, assim, encontrar uma forma de utilizar a energia solar de forma mais eficiente; isótopos separados por laser, por exemplo, isótopos de urânio e plutônio são purificados; dispositivos a laser servem como analisadores composição química ar; na biologia, os lasers possibilitam o estudo de organismos vivos em nível celular. O uso de lasers em cinética química no estudo de vários processos, cuja duração varia de 10 a 12 a 10 a 18 segundos ou menos, é muito diversificado.

As possibilidades de pesquisa em ciências naturais estão sendo ampliadas com o uso de lasers de elétrons livres. O princípio de operação de tais lasers é baseado no fato de que em um feixe de elétrons movendo-se a uma velocidade próxima à velocidade da luz, em um campo magnético que muda periodicamente, a luz é emitida na direção do movimento do elétron. O experimento mostra que os lasers de elétrons livres são caracterizados por uma alta eficiência de ajuste de comprimento de onda em alta potência de radiação em uma ampla faixa - da radiação de micro-ondas ao ultravioleta de vácuo.

Fontes de radiação síncrotron. Os síncrotrons são usados ​​não apenas em física de alta energia para estudar o mecanismo de interação de partículas elementares, mas também para gerar poderosa radiação síncrotron com um comprimento de onda ajustável nas regiões ultravioleta e de raios-X de comprimento de onda curto do espectro. O estudo da estrutura dos sólidos, a determinação da distância entre os átomos, o estudo da estrutura das moléculas de compostos orgânicos - a solução bem-sucedida desses e de outros problemas contribui para a radiação síncrotron.

Métodos experimentais para decifrar estruturas complexas. Para identificar e analisar estruturas complexas, em particular, para analisar moléculas complexas, é necessário controlar os processos químicos e, em seguida, determinar a composição e estrutura dos produtos da reação. Sugerido por físicos métodos eficazes estudos experimentais de macroobjetos em nível molecular - ressonância magnética nuclear, espectroscopia óptica, espectroscopia de massa, análise de difração de raios X, difração de nêutrons, etc. - permitem estudar a composição e estrutura de moléculas inusitadamente complexas, o que contribui para o estudo , por exemplo, da natureza química dos processos biológicos vitais.

O método de ressonância magnética nuclear (RMN) baseia-se na análise da interação do momento magnético dos núcleos atômicos com um campo magnético externo. Este é um dos métodos mais importantes em vários ramos das ciências naturais, especialmente na química: química de síntese, química de polímeros, bioquímica, química medicinal, etc. átomos de hidrogênio mesmo em moléculas tão complexas, como segmentos de DNA. O progresso no desenvolvimento da espectroscopia de RMN depende da capacidade de criar um campo magnético forte, que pode ser obtido usando ímãs supercondutores compactos. Criado em 1973, um tomógrafo baseado em RMN permite observar o quadro da distribuição de anormalidades químicas e a concentração de núcleos de objetos tão grandes como o corpo humano, o que é muito importante no diagnóstico de uma série de doenças, incluindo Tumores malignos.

A espectroscopia óptica permite analisar o espectro de radiação de uma substância em vários estados de agregação: sólido, líquido, gasoso. A análise espectral é um método físico para a determinação qualitativa e quantitativa da composição de uma substância a partir de seu espectro de emissão óptica. Na análise espectral qualitativa, o espectro resultante é interpretado usando tabelas e atlas dos espectros de elementos e compostos individuais. O teor da substância de ensaio na análise espectral quantitativa é determinado pela intensidade relativa ou absoluta das linhas ou bandas do espectro.

Com o uso de uma fonte de radiação laser e computador pessoal As capacidades de um espectrômetro óptico são bastante expandidas: tal espectrômetro é capaz de detectar uma única molécula ou mesmo um átomo de qualquer substância.

Usando o método de fluorescência a laser induzida, a poluição do ar pode ser detectada a uma distância de cerca de dois quilômetros.

Na espectroscopia de massa, a substância em estudo primeiro se transforma em uma fase gasosa, depois o gás se condensa e os íons são acelerados a uma determinada energia cinética por um campo elétrico. A massa das partículas pode ser determinada de duas maneiras: medindo o raio de curvatura da trajetória do íon e medindo o tempo que leva para voar uma determinada distância.

Os espectrômetros de massa são altamente sensíveis e podem detectar, por exemplo, três átomos do isótopo 14C entre 1016 átomos de 12C. Este conteúdo do isótopo 14C corresponde, de acordo com o método do radioisótopo, à idade das rochas em 70.000 anos. A espectrometria de massa é amplamente utilizada para analisar elementos, determinar a composição isotópica e a estrutura de uma molécula em áreas como a produção de circuitos integrados, metalurgia, indústrias nucleares, petrolíferas, farmacêuticas e nucleares.

Instrumentos combinados - cromatografia-espectrômetros de massa - permitem detectar halocarbonos e nitrosaminas em água potável, além de determinar pequenas concentrações de uma das substâncias mais tóxicas - isômeros de dioxinas.

A combinação de um cromatógrafo gasoso com um espectrômetro de massas é o melhor instrumento analítico para trabalhar com misturas complexas, permitindo resolver diversos problemas em química, biologia, geoquímica, ecologia, forense e outras ciências. No entanto, até recentemente, o uso de tal dispositivo era limitado apenas a substâncias de fácil evaporação. Com o desenvolvimento de métodos para dessorção de íons de amostras sólidas, bombardeando-os com íons, fótons ou partículas neutras, os limites de aplicação da espectroscopia de massa expandiram-se significativamente. As massas moleculares limitantes determinadas dos compostos estudados por espectroscopia de massa aumentaram significativamente. Por exemplo, a dessorção de plasma usando bombardeamento com produtos radioativos da fissão califórnio-252 permitiu obter íons com peso molecular de 23.000 e realizar sua análise espectral de massa. Usando campo e dessorção a laser, as características espectrais de massa de fragmentos de DNA podem ser obtidas. Para identificar uma substância desconhecida por espectroscopia de massa, apenas 10 a 10 compostos são suficientes.No plasma sanguíneo, um espectrômetro de massa registra a substância ativa da maconha em uma concentração de 0,1 mg por quilograma de peso corporal.

Os métodos eletroquímicos modernos, combinados com equipamentos altamente sensíveis, abrem novas possibilidades para estudar a estrutura e as funções de uma célula viva: com a ajuda de eletrodos, cuja área é de apenas alguns micrômetros, é possível registrar os processos ocorrendo dentro da célula.

Para determinar a estrutura das moléculas, é necessário conhecer o arranjo espacial dos átomos. Conhecer a estrutura molecular facilita a compreensão das propriedades físicas e químicas de um composto, os mecanismos das reações químicas e a identificação de novos compostos. Um dos métodos mais comuns para estudar estruturas moleculares, a análise estrutural de raios X baseada no fenômeno de difração, permite estudar todos os compostos que podem ser obtidos no estado cristalino. Computadores modernos decifram a imagem de raios X de uma estrutura molecular bastante complexa. A análise de difração de raios X tem contribuído para o desenvolvimento de feromônios de insetos para controle de pragas agrícolas e o estudo de hormônios de crescimento necessários para aumentar a produção de alimentos e biomassa.

A análise de difração de raios X é complementada pela difração de nêutrons baseada em difração de nêutrons. A neutronografia requer fluxos de nêutrons, que são obtidos em reatores nucleares, o que limita um pouco a aplicação. este método. Uma característica distintiva da difração de nêutrons é alta precisão determinar a distância entre os átomos. A difração de nêutrons é usada com sucesso para determinar as estruturas de supercondutores, ribossomos e outras formações moleculares complexas, bem como a localização de prótons envolvidos na formação de ligações de hidrogênio que determinam a estrutura das proteínas.

Apesar do fato de a pesquisa experimental estar atrasada em relação à pesquisa teórica, progressos significativos foram alcançados nas ciências naturais na segunda metade do século 20 devido ao desenvolvimento da base experimental. É impossível listar todas as realizações em todos os ramos das ciências naturais, mas pode-se afirmar inequivocamente que a maioria delas foi incorporada em tecnologias modernas de uso intensivo de ciência. Supercondutividade de alta temperatura, feixes moleculares, lasers químicos, realizações em química nuclear, síntese química de DNA, clonagem, etc. - essas são algumas realizações muito importantes da ciência natural moderna...

Supercondutividade de alta temperatura

A história da supercondutividade começa em 1911, quando o cientista dinamarquês H. Kamerling-Onnes, investigando a resistência elétrica de metais resfriados, descobriu que quando o mercúrio é resfriado a uma temperatura de hélio líquido de cerca de 4,2 K, a resistência elétrica desse metal diminui abruptamente. para zero. E isso significa que o metal a uma determinada temperatura entra em um estado supercondutor. À medida que novos materiais de supercondutores foram sintetizados, a temperatura de sua transição para o estado supercondutor aumentou constantemente. Em 1941, para a liga binária NvN, a temperatura de transição supercondutora foi de cerca de 15 K, e em 1973, cerca de 23 K para outra liga binária, NvGe.

Desde 1986 inicia-se uma nova etapa no estudo da supercondutividade, que marcou o início da supercondutividade de alta temperatura: um material de quatro componentes foi sintetizado à base de óxidos de cobre, cuja temperatura de transição era de aproximadamente 37 K. a temperatura de transição foi aumentada para 40, 52, 70, 92 e até acima de 100 K. Como resultado de vários experimentos, descobriu-se que os óxidos de cobre de quatro componentes, que possuem uma estrutura cristalina complexa, passam para o estado supercondutor em cerca de 94K.

Em 1992 foi sintetizado um material que passa para o estado supercondutor já a 170 K. Tal estado supercondutor pode ser realizado resfriando não com nitrogênio líquido, mas com um refrigerante mais barato - xenônio líquido. Este material supercondutor é composto de óxido de cobre, estrôncio e cálcio; sua estrutura é relativamente simples.

O uso generalizado de supercondutores permitirá reduzir significativamente a dissipação de energia em diversos tipos de circuitos elétricos, e principalmente na transmissão de energia, em que as perdas são de cerca de 20% quando são utilizados condutores convencionais.

Lasers químicos

Um estudo experimental da mistura de dois compostos gasosos, realizado há mais de 10 anos, permitiu estabelecer a distribuição de energia entre as moléculas. Por exemplo, a reação do hidrogênio atômico com o cloro molecular na forma gasosa produz cloreto de hidrogênio e cloro atômico, que emitem luz infravermelha. Uma análise do espectro de emissão mostra que uma parte significativa da energia (cerca de 40%) é energia movimento oscilatório Moléculas de HCl. Pela descoberta desse tipo de fenômeno, John Polanyi (Universidade de Toronto) recebeu o Prêmio Nobel de Química. Esses estudos levaram à criação do primeiro laser químico - um laser que recebe energia da explosão de uma mistura de hidrogênio e cloro. Os lasers químicos diferem dos convencionais, pois convertem não a energia de uma fonte elétrica em radiação coerente, mas a energia de uma reação química. Dezenas de lasers químicos foram descobertos, incluindo aqueles poderosos o suficiente para iniciar fusão termonuclear(laser de iodo) e para fins militares (laser de fluoreto de hidrogênio).

feixes moleculares

Um feixe molecular é um jato de moléculas formado pela evaporação de uma substância em um forno especial e passando-a por um bico estreito que forma um feixe em uma câmara na qual é mantido um vácuo ultra-alto, o que exclui colisões intermoleculares. Quando um feixe molecular é direcionado aos reagentes - compostos que entram em uma reação - em baixa pressão (10-10 atm), cada molécula pode participar de não mais do que uma colisão levando a uma reação. Um experimento tão complexo requer uma configuração de vácuo ultra-alto, uma fonte de feixes supersônicos intensos, um espectrômetro de massa altamente sensível e detectores eletrônicos de tempo de caminho livre molecular. Yuan-Chen Li (UC Berkeley) e Dudley Hermbach (Universidade de Harvard) receberam o Prêmio Nobel de Química por esses experimentos. Experimentos com feixes moleculares permitiram determinar, por exemplo, as principais reações durante a combustão do etileno, nas quais uma molécula de vida curta é formada na reação do etileno com o oxigênio.

Conquistas em química nuclear

A química desempenha um papel importante no estudo das propriedades das substâncias radioativas e no desenvolvimento de métodos de análise radioativa utilizados em vários ramos das ciências naturais. Um dos primeiros prêmios Nobel em processos nucleares foi concedido ao químico Otto Hahn em 1944 por sua descoberta da fissão nuclear. Em 1951, o Prêmio Nobel pela descoberta dos dois primeiros elementos transurânicos da tabela periódica foi concedido ao químico Glenn Seaborg e seu colega, o físico Edwin McMillan. Muitas conquistas modernas na ciência dos processos nucleares foram obtidas por meio da interação próxima entre químicos, físicos e cientistas de muitas outras áreas.

Usando métodos químicos em apenas 15 anos, elementos químicos com números de 104 a 109 foram sintetizados e isótopos de muitos outros elementos foram descobertos. Os estudos de isótopos permitiram não apenas descrever quantitativamente muitos processos nucleares, mas também determinar as propriedades que determinam a estabilidade dos núcleos atômicos.

Um dos problemas interessantes da química nuclear é a detecção de elementos superpesados ​​teoricamente previstos, ou seja, elementos incluídos na ilha de estabilidade prevista localizada na faixa de números atômicos 114-164.

Nas últimas décadas, os métodos de química nuclear descobriram ampla aplicação no estudo do solo dos planetas do sistema solar e da lua. Por exemplo, um elemento transurânio foi usado para a análise química do solo da Lua. Este método permitiu determinar cerca de 90% dos elementos em três lugares diferentes superfície lunar. A análise da composição isotópica de amostras de solo lunar, meteoritos e outros corpos celestes ajuda a compreender a evolução do Universo.

A química nuclear também é usada na medicina. Por exemplo, nos Estados Unidos, cerca de 20 milhões de procedimentos com uso de drogas radioativas são prescritos anualmente. O tratamento da glândula tireóide com iodo radioativo é especialmente difundido. A prática mostra que os compostos químicos do tecnécio radioativo têm propriedades terapêuticas. O método de pósitrons, baseado na interação de pósitrons emitidos por isótopos de carbono e flúor de vida curta com o objeto em estudo, bem como o uso de isótopos estáveis ​​em combinação com a espectroscopia de RMN, possibilitam o estudo de processos metabólicos em organismos vivos e são muito úteis. ferramenta eficaz diagnóstico precoce de doenças.

Nova instalação nuclear

Um dos principais problemas da energia nuclear está relacionado a encontrar tais condições para o fluxo dos processos nucleares sob as quais seja possível reduzir a quantidade de resíduos nucleares e prolongar a vida útil dos reatores nucleares. Cientistas de diferentes países estão trabalhando em várias maneiras de resolver este problema tão importante. Entre as várias direções em sua solução, uma nova direção na energia nuclear já está sendo incorporada ao metal - a chamada eletronuclear, na qual os cientistas depositam grandes esperanças. No Instituto de Física Teórica e Experimental da Academia Russa de Ciências e nos institutos de outros países, está sendo construído um protótipo de instalações nucleares ainda não conhecidas, que se tornarão fontes de energia sem desperdício, ambientalmente corretas e mais seguras do que muitos dos existentes. Modelo operacional novo nuclear usina elétrica consiste em duas unidades - um acelerador de partículas elementares e um cobertor - um tipo especial de reator nuclear. Para a implementação técnica dessa nova ideia, deve-se usar reatores nucleares antigos que esgotaram seus recursos.

Síntese química do DNA

Nas moléculas de DNA polimérico, a natureza codifica a informação necessária para criar um organismo vivo. Uma cadeia de ligações éster fosfato repetidas entre os açúcares forma um esqueleto rígido de DNA, no qual as informações são escritas usando um alfabeto especial de quatro "letras" Código genético: adenina, timina, citosina e guanina (A, T, C, G). A sequência dessas "letras" codifica a informação. Cada "letra" contém vários átomos de nitrogênio ligados covalentemente a porções de açúcar. A dupla hélice do DNA contém ligações de hidrogênio. As informações registradas na molécula de DNA podem ser lidas quebrando e recriando ligações de hidrogênio relativamente fracas, sem afetar as ligações açúcar-fosfato mais fortes na cadeia da matriz.

A primeira síntese química de um gene, realizada há mais de 20 anos, exigiu muitos anos de trabalho árduo. Genes para insulina e interferon já foram sintetizados em laboratórios industriais. Foi sintetizado um gene para a enzima ribonucleose, que permite alterar as propriedades físicas e químicas da proteína da forma desejada. No entanto, os métodos mais modernos produzem fragmentos de genes com centenas de pares de bases de comprimento, e estudos posteriores requerem fragmentos 100 ou mais vezes mais longos.

Avanços na engenharia genética

Em organismos superiores, incluindo o corpo humano, a proporção de nucleotídeos na cadeia de DNA que realmente codifica a sequência de aminoácidos nas proteínas é de apenas cerca de 5%. Foi estabelecido que a informação sobre a forma das moléculas de DNA é codificada no resto das sequências de nucleotídeos de DNA. Por exemplo, a curvatura do anel furanose (um monossacarídeo cíclico de cinco membros), que existe tanto no DNA quanto no RNA, leva à mobilidade de seu esqueleto.

A biologia molecular moderna torna possível introduzir quase qualquer pedaço de DNA em um microrganismo para forçá-lo a sintetizar a proteína que esse DNA codifica. E a química orgânica moderna torna possível sintetizar sequências de nucleotídeos - fragmentos de genes. Tais fragmentos de genes podem ser usados ​​para alterar a sequência de bases original no gene que codifica a proteína desejada. Desta forma, é possível obter uma proteína modificada com uma sequência de aminoácidos alterada, ou seja, uma proteína com estrutura e função que não existiam anteriormente na natureza.

Este método de realizar mutações específicas em proteínas normais é chamado de mutagênese. Ele permite que você obtenha proteínas de qualquer estrutura. Além disso, uma molécula de gene sintetizada que codifica uma proteína pode reproduzir a proteína em qualquer quantidade com a ajuda de microorganismos.

Clonagem

Os sucessos alcançados em vários ramos das ciências naturais abriram novas possibilidades na compreensão da estrutura dos genomas de humanos e outros organismos complexos. Os cientistas aprenderam a combinar DNA de diferentes organismos, identificar e isolar segmentos de DNA que codificam a proteína desejada e determinar sequências de nucleotídeos em grandes fragmentos de DNA.

Encontrar o único segmento de DNA necessário, contido em apenas um gene, entre a enorme quantidade de material genético de uma célula humana é tão difícil quanto encontrar uma agulha no palheiro. A solução para este problema é o uso de DNA recombinante. Fragmentos do DNA de uma célula estão embutidos em um milhão de bactérias que se dividem rapidamente. Cada uma das bactérias, que são cultivadas separadamente, dá uma colônia inteira de seus descendentes. Usando métodos de diagnóstico que são sensíveis a uma função específica de um gene, uma colônia bacteriana contendo um novo gene é encontrada. Cada uma das colônias de bactérias que crescem rapidamente produz bilhões de cópias idênticas de cada gene. Portanto, tal gene pode ser isolado de bactérias em uma forma pura. Com a ajuda de tal processo - clonagem - segmentos de DNA de mais de 100 genes humanos diferentes foram purificados. Um número ainda maior de genes foi isolado dos organismos mais simples, como a levedura.

Em 1997, uma ovelha criada por clonagem foi relatada. O cientista escocês Ian Wilmuth e seus colegas obtiveram da célula de uma ovelha adulta sua cópia genética idêntica - o agora mundialmente famoso cordeiro Dolly. A ovelha Dolly, para ser franco, não tem pai - ela nasceu de uma célula contendo um conjunto duplo de genes da mãe. Como você sabe, qualquer célula de um organismo adulto, a chamada célula somática, carrega um conjunto completo de substâncias hereditárias. As células sexuais têm apenas metade dos genes. Na concepção, essas metades - paterna e materna - unem-se e formam um novo organismo. O cultivo artificial de um novo animal a partir de uma célula somática é a criação de uma criatura geneticamente idêntica, processo que é chamado de clonado. O trabalho de clonagem de plantas, os organismos vivos mais simples, começou nos anos 60 do século passado. O escopo e a complexidade de tal trabalho cresceram. No entanto, a clonagem de mamíferos a partir de uma célula somática só foi possível pela primeira vez em 1997. Tais experimentos têm sido o sonho de várias gerações de geneticistas. Alguns cientistas estão confiantes na real possibilidade de repetir esse experimento para humanos. No entanto, a questão das consequências morais, sociais, biológicas e outras de tais experimentos permanece um assunto de discussão.

1. Qual é a essência do método de conhecimento científico de Descartes?

2. Como é controlada a confiabilidade do conhecimento científico?

3. Qual é a base da teoria científica?

4. Qual é o papel do experimento e da experiência na compreensão da verdade científica natural?

5. O que causa a imprecisão dos resultados experimentais?

6. Quais são as principais disposições da teoria do conhecimento das ciências naturais.

7. Descreva os três estágios do conhecimento científico natural da verdade.

8. O que significa a relatividade do conhecimento das ciências naturais?

9. Qual é a unidade do conhecimento empírico e teórico?

10. Qual é o papel das sensações e ideias no processo de cognição?

11. Como se estabelece um fato científico?

12. O que é um experimento? Como o experimento é diferente da observação?

13. Quais são as características dos meios técnicos modernos de experimentação?

14. Quais são as principais formas de pensar.

15. Em que se baseia a previsão científica?

16. Qual é a metodologia das ciências naturais?

17. Faça uma breve descrição dos métodos e técnicas de pesquisa em ciências naturais.

18. O que é uma descoberta científica?

19. Qual é o papel da imaginação criativa na pesquisa científica?

20. Como se constrói a evidência científica?

21. Quais são os principais argumentos que determinam a direção prática do experimento.

22. Quais são as etapas do experimento?

23. Descreva o papel do trabalho inventivo e de design na fase preparatória do experimento?

24. Como a precisão das medições experimentais melhora?

25. Que operações inclui o processamento de resultados experimentais?

26. Qual é a especificidade da pesquisa experimental e teórica moderna?

27. Quais são as razões para o isolamento da teoria da experiência.

28. Em quais três direções, importantes para o experimento, a tecnologia do laser está se desenvolvendo?

29. Para que serve a radiação síncrotron?

30. Que processos e propriedades são estudados pelo método da ressonância magnética nuclear?

31. Faça uma breve descrição das possibilidades de espectroscopia óptica e de massa.

32. O que pode ser determinado por análise de difração de raios X e difração de nêutrons?

33. Em que materiais e quando a supercondutividade de alta temperatura foi descoberta?

34. Descreva as especificidades e vantagens de um laser químico.

35. Para que servem os feixes moleculares?

36. Quais são as principais realizações da ciência natural moderna.

Aprenda algo e não pense

sobre o aprendido - absolutamente inútil.

Pensando em algo sem estudar

o assunto do pensamento é perigoso.

Ciências naturais e humanas.

A ciência lida com o estudo de objetos e fenômenos naturais objetivamente existentes (ou seja, existindo independentemente da consciência de alguém). A questão de saber se o mundo ao nosso redor existe por si só ou é um produto da atividade da mente (pertencente a algum ser superior ou a cada indivíduo específico) é a essência do assim chamado. a principal questão da filosofia, classicamente formulada como um dilema sobre a primazia da matéria ou da consciência. Dependendo da resposta à questão principal, os filósofos são divididos em materialistas (reconhecem a existência objetiva do mundo ao nosso redor, que surgiu como resultado do autodesenvolvimento da matéria), idealistas objetivos (reconhecem a existência objetiva de o mundo que surgiu como resultado da atividade de uma mente superior) e idealistas subjetivos (eles acreditam que o mundo ao nosso redor o mundo não existe realmente, mas é uma invenção da imaginação indivíduo separado). Aparentemente, é impossível dar uma resposta experimentalmente fundamentada à questão básica da filosofia, embora a maioria dos cientistas naturais seja adepta de conceitos materialistas.

Todas as disciplinas científicas existentes são condicionais (qualquer classificação é aproximada e não reflete totalmente a verdadeira essência das coisas!) ) e humanitário (eles estudam fenômenos, objetos que surgiram como resultado da atividade humana).

Este curso é dedicado a uma visão geral dos conceitos mais importantes da ciência natural moderna.

Níveis de organização da matéria e hierarquia do conhecimento científico natural. Os objetos da natureza que nos cercam têm uma estrutura interna, ou seja, por sua vez, eles próprios consistem em outros objetos (uma maçã consiste em células de tecido vegetal, composto por moléculas que são combinações de átomos etc.). Ao mesmo tempo, surgem naturalmente níveis de organização da matéria de várias complexidades: cósmico, planetário, geológico, biológico, químico e físico. Representantes das ciências naturais envolvidos no estudo de objetos de qualquer nível podem alcançá-los descrição completa apenas com base no conhecimento de um nível “inferior” (elementar) (é impossível entender as leis da atividade vital da célula sem estudar a química das reações que ocorrem nela). No entanto, as possibilidades reais de cada pesquisador individual são muito limitadas (uma vida humana não é apenas suficiente para estudar frutíferamente vários níveis ao mesmo tempo, mas também obviamente não é suficiente para dominar completamente o conhecimento já acumulado sobre qualquer um). Por causa disso, surgiu uma divisão do conhecimento científico natural em disciplinas separadas, correspondendo aproximadamente aos níveis acima de organização da matéria: astronomia, ecologia, geologia, biologia, química e física. Especialistas que trabalham em seu nível contam com o conhecimento de ciências relacionadas que estão mais abaixo na escala hierárquica. A exceção é a física, que está no “piso mais baixo” do conhecimento humano (“constituindo seu fundamento”): historicamente, no decorrer do desenvolvimento dessa ciência, níveis cada vez mais “elementares” de organização da matéria (molecular, partículas atômicas, elementares...), que ainda eram estudadas pelos físicos.

As ciências naturais de diferentes níveis não estão isoladas umas das outras. Ao estudar sistemas altamente organizados, há uma necessidade natural de informações sobre seus elementos constituintes, fornecidas por disciplinas de níveis “inferiores”. Ao estudar objetos “elementares”, o conhecimento sobre seu comportamento em sistemas complexos é muito útil, onde as interações com outros elementos revelam as propriedades dos objetos em estudo. Um exemplo da interação de ciências de diferentes níveis é o desenvolvimento por Newton teoria clássica gravitação (nível físico), que surgiu com base nas leis do movimento planetário de Kepler (nível astronômico), e conceitos modernos da evolução do Universo, impensáveis ​​sem levar em conta as leis da gravidade.

As ciências naturais, que estão nos andares inferiores da escada hierárquica, são sem dúvida mais simples que as superiores, pois tratam de objetos mais simples (a estrutura da nuvem eletrônica do átomo de carbono é sem dúvida “mais simples que um nabo cozido no vapor” contendo muitos átomos com essas nuvens!). No entanto, é justamente pela simplicidade dos objetos estudados que as ciências dos níveis inferiores conseguiram acumular muito mais informações factuais e criar teorias mais completas.

O lugar da matemática entre as ciências naturais.

A estrutura da ciência natural discutida acima não contém matemática, sem a qual nenhuma das ciências exatas modernas é possível. Isso se deve ao fato de que a matemática em si não é uma ciência natural no sentido pleno do termo, pois não estuda nenhum objeto ou fenômeno do mundo real. A matemática é baseada em axiomas inventados pelo homem. Para um matemático, a questão de saber se esses axiomas são cumpridos na realidade ou não não tem importância decisiva (por exemplo, várias geometrias baseadas em sistemas de axiomas que são incompatíveis entre si coexistem com sucesso no momento).

Se o matemático está preocupado apenas com o rigor lógico de suas conclusões extraídas dos axiomas e teoremas anteriores, é importante para o cientista natural se sua construção teórica corresponde à realidade. Ao mesmo tempo, um experimento serve como critério para a verdade do conhecimento das ciências naturais, durante o qual as conclusões teóricas são verificadas.

No curso do estudo das propriedades de objetos reais, muitas vezes acontece que eles correspondem aproximadamente à axiomática de uma ou outra seção da matemática (por exemplo, a posição de um pequeno corpo pode ser descrita aproximadamente definindo suas três coordenadas, a cuja totalidade pode ser considerada como um vetor no espaço tridimensional). Ao mesmo tempo, afirmações (teoremas) previamente comprovadas em matemática acabam sendo aplicáveis ​​a tais objetos.

Além do acima, a matemática desempenha o papel de uma linguagem muito concisa, econômica e ampla, cujos termos são aplicáveis ​​a objetos externamente completamente heterogêneos do mundo circundante (um vetor pode ser chamado de conjunto de coordenadas de um ponto, um característica de um campo de força, uma composição de componentes de uma varredura química e uma característica de um terreno de posição econômica e geográfica).

É óbvio que os objetos mais simples do nosso mundo satisfazem sistemas mais simples de axiomas, cujas consequências foram mais amplamente estudadas pelos matemáticos. Portanto, as ciências naturais dos níveis “inferiores” acabam sendo mais matematizadas.

A experiência do desenvolvimento das ciências naturais modernas mostra que, em um certo estágio no desenvolvimento das disciplinas das ciências naturais, ocorre inevitavelmente sua matematização, cujo resultado é a criação de teorias formalizadas logicamente coerentes e o desenvolvimento acelerado da disciplina.

Natureza aproximada do conhecimento das ciências naturais.

Apesar do fato de que as ciências naturais são frequentemente chamadas de exatas, quase qualquer afirmação específica nelas é aproximada. A razão para isso não é apenas a imperfeição dos instrumentos de medição, mas também uma série de limitações fundamentais na precisão das medições estabelecidas pela física moderna. Além disso, quase todos os fenômenos realmente observados são tão complexos e contêm tantos processos entre objetos que interagem que sua descrição exaustiva não é apenas tecnicamente impossível, mas também praticamente sem sentido (a consciência humana é capaz de perceber apenas uma quantidade muito limitada de informações). Na prática, o sistema em estudo é deliberadamente simplificado, substituindo-o por um modelo que leva em consideração apenas os elementos e processos mais importantes. À medida que a teoria se desenvolve, os modelos tornam-se mais complexos, aproximando-se gradualmente da realidade.

As principais etapas do desenvolvimento da ciência natural podem ser distinguidas com base em várias considerações. Segundo o autor, a abordagem dominante entre os cientistas naturais para a construção de suas teorias deve ser considerada como o principal critério. Ao mesmo tempo, acontece possível alocação três etapas principais.

História Natural do Mundo Antigo. Não havia divisão completa em disciplinas; os conceitos criados eram principalmente de natureza ideológica. O método experimental de cognição foi admitido em princípio, mas o papel do critério decisivo de verdade não foi atribuído ao experimento. Observações corretas e conjecturas generalizantes engenhosas coexistiam com construções especulativas e muitas vezes errôneas.

O período clássico no desenvolvimento das ciências naturais tem origem nos trabalhos experimentais de Galileu (século XVIII) e dura até o início do nosso século. Caracteriza-se por uma clara divisão das ciências em áreas tradicionais e até por um papel um tanto exagerado da experimentação em seu desenvolvimento (“entender é medir”). O experimento é considerado não apenas como critério de verdade, mas também como principal ferramenta de conhecimento. A crença na veracidade dos resultados obtidos experimentalmente é tão grande que eles começam a ser estendidos a novas áreas e problemas onde nenhuma verificação correspondente foi realizada. Quando as discrepâncias entre os conceitos assim criados e os fenômenos realmente observados foram descobertas, inevitavelmente surgiu a perplexidade, beirando as tentativas de negar a própria possibilidade de conhecer o mundo circundante.

A ciência natural moderna é caracterizada por uma acumulação semelhante a uma avalanche de novo material factual e o surgimento de muitas novas disciplinas nas junções das tradicionais. Um aumento acentuado no custo da ciência, especialmente experimental. Como consequência, um aumento no papel da pesquisa teórica direcionando o trabalho dos experimentadores em áreas onde a descoberta de novos fenômenos é mais provável. formulação de novos requisitos heurísticos para as teorias criadas: beleza, simplicidade, consistência interna, verificabilidade experimental, correspondência (continuidade). O papel do experimento como critério da verdade do conhecimento é preservado, mas reconhece-se que o próprio conceito de verdade não é absoluto: afirmações que são verdadeiras sob certas condições, ao ultrapassar os limites dentro dos quais a verificação experimental foi realizada fora, pode vir a ser aproximado e até mesmo falso. A ciência natural moderna perdeu a simplicidade e a clareza inerentes ao conhecimento clássico. Isso aconteceu principalmente devido ao fato de que os interesses dos pesquisadores modernos de áreas tradicionais da ciência clássica se deslocaram para onde a experiência e o conhecimento usual “cotidiano” sobre os objetos e os fenômenos que ocorrem com eles estão ausentes na maioria dos casos.

Este curso é dedicado a conceitos modernos ciências naturais, inseparáveis ​​do conhecimento acumulado no período clássico do desenvolvimento das ciências. Sua estrutura não reflete a divisão tradicional do conhecimento em disciplinas separadas, mas segue o curso histórico de desenvolvimento das principais ideias de visão de mundo que se originam na mais fundamental das ciências naturais - a física.

Bibliografia

Para a elaboração deste trabalho, foram utilizados materiais do site http://study.online.ks.ua/.

Tutoria

Precisa de ajuda para aprender um tópico?

Nossos especialistas irão aconselhar ou fornecer serviços de tutoria sobre tópicos de seu interesse.
Submeter uma candidatura indicando o tópico agora mesmo para saber sobre a possibilidade de obter uma consulta.

Sistema de conhecimento de ciências naturais

Ciência naturalé um dos componentes do sistema de conhecimento científico moderno, que inclui também complexos de ciências técnicas e humanas. A ciência natural é um sistema em evolução de informações ordenadas sobre as leis do movimento da matéria.

Os objetos de estudo das ciências naturais individuais, cuja totalidade já no início do século XX. levavam o nome de história natural, desde a sua origem até os dias atuais eles foram e permanecem: matéria, vida, homem, a Terra, o Universo. Assim, as ciências naturais modernas agrupam as principais ciências naturais da seguinte forma:

• física, química, físico-química;
• biologia, botânica, zoologia;
• anatomia, fisiologia, genética (a doutrina da hereditariedade);
• geologia, mineralogia, paleontologia, meteorologia, geografia física;
• astronomia, cosmologia, astrofísica, astroquímica.

Claro, apenas os principais naturais estão listados aqui, na verdade ciência natural modernaé um complexo complexo e ramificado, incluindo centenas de disciplinas científicas. A física por si só une toda uma família de ciências (mecânica, termodinâmica, óptica, eletrodinâmica, etc.). À medida que o volume de conhecimento científico crescia, certas seções das ciências adquiriram o status de disciplinas científicas com seu próprio aparato conceitual, métodos de pesquisa específicos, o que muitas vezes os torna de difícil acesso para especialistas envolvidos em outras seções da mesma, digamos, física.

Tal diferenciação nas ciências naturais (como, de fato, na ciência em geral) é uma consequência natural e inevitável de uma especialização cada vez mais estreita.

Ao mesmo tempo, contraprocessos também ocorrem naturalmente no desenvolvimento da ciência, em particular, as disciplinas de ciências naturais são formadas e formadas, como se costuma dizer, “nas junções” das ciências: física química, bioquímica, biofísica, biogeoquímica e muitas outras. outros. Como resultado, as fronteiras que antes eram definidas entre as disciplinas científicas individuais e suas seções tornam-se muito condicionais, móveis e, pode-se dizer, transparentes.

Estes processos, que conduzem, por um lado, a um maior aumento do número de disciplinas científicas, mas, por outro, à sua convergência e interpenetração, são uma das provas da integração das ciências naturais, o que reflecte a tendência geral da ciência moderna.

É aqui, talvez, que convém recorrer a tal disciplina científica, que certamente tem um lugar especial, como a matemática, que é uma ferramenta de pesquisa e uma linguagem universal não só das ciências naturais, mas também de muitas outras - aqueles em que os padrões quantitativos podem ser vistos.

Dependendo dos métodos subjacentes à pesquisa, podemos falar sobre as ciências naturais:

• descritivo (explorando dados factuais e relações entre eles);
• exato (construindo modelos matemáticos para expressar fatos e relacionamentos estabelecidos, ou seja, padrões);
• aplicada (usando a sistemática e os modelos das ciências naturais descritivas e exatas para o desenvolvimento e transformação da natureza).

No entanto, uma característica genérica comum a todas as ciências que estudam a natureza e a tecnologia é a atividade consciente de cientistas profissionais que visam descrever, explicar e prever o comportamento dos objetos em estudo e a natureza dos fenômenos estudados. As humanidades distinguem-se pelo facto de a explicação e previsão dos fenómenos (eventos) se basearem, via de regra, não numa explicação, mas numa compreensão da realidade.

Essa é a diferença fundamental entre as ciências que têm objetos de estudo que permitem a observação sistemática, a verificação experimental múltipla e experimentos reprodutíveis, e as ciências que estudam situações essencialmente únicas, não repetitivas, que, via de regra, não permitem a repetição exata de um experimento. , realizando mais de uma vez de algum tipo ou experimento.

A cultura moderna procura superar a diferenciação da cognição em muitas áreas e disciplinas independentes, principalmente a divisão entre as ciências naturais e humanas, que emergiu claramente no final do século XIX. Afinal, o mundo é um em toda a sua infinita diversidade, portanto, áreas relativamente independentes de um único sistema de conhecimento humano estão organicamente interconectadas; a diferença aqui é transitória, a unidade é absoluta.

Atualmente, a integração do conhecimento das ciências naturais está claramente delineada, o que se manifesta de várias formas e se torna a tendência mais pronunciada em seu desenvolvimento. Cada vez mais, essa tendência se manifesta também na interação das ciências naturais com as humanidades. Prova disso é o avanço dos princípios de sistêmico, auto-organização e evolucionismo global para a vanguarda da ciência moderna, abrindo a possibilidade de combinar uma ampla variedade de conhecimentos científicos em um sistema integral e consistente, unido por leis comuns de evolução de objetos de natureza diversa.

Há todas as razões para acreditar que estamos testemunhando uma crescente convergência e integração mútua das ciências naturais e humanas. Isso é confirmado pelo uso generalizado na pesquisa humanitária não apenas de meios técnicos e tecnologias de informação usados ​​nas ciências naturais e técnicas, mas também de métodos de pesquisa científica geral desenvolvidos no processo de desenvolvimento das ciências naturais.

O assunto deste curso são os conceitos relacionados às formas de existência e movimento da matéria viva e inanimada, enquanto as leis que determinam o curso dos fenômenos sociais são o assunto das humanidades. No entanto, deve-se ter em mente que, por mais diferentes que sejam as ciências naturais e humanas, elas têm uma unidade genérica, que é a lógica da ciência. É a submissão a essa lógica que faz da ciência uma esfera de atividade humana destinada a revelar e sistematizar teoricamente o conhecimento objetivo sobre a realidade.

A imagem natural-científica do mundo é criada e modificada por cientistas de diferentes nacionalidades, entre os quais estão ateus convictos e crentes de várias religiões e denominações. No entanto, em suas atividades profissionais, todos procedem do fato de que o mundo é material, ou seja, existe objetivamente, independentemente das pessoas que o estudam. Observe, no entanto, que o próprio processo de cognição pode influenciar os objetos estudados do mundo material e como uma pessoa os imagina, dependendo do nível de desenvolvimento das ferramentas de pesquisa. Além disso, todo cientista procede do fato de que o mundo é fundamentalmente cognoscível.

O processo do conhecimento científico é a busca da verdade. No entanto, a verdade absoluta na ciência é incompreensível e, a cada passo no caminho do conhecimento, ela avança e se aprofunda. Assim, em cada estágio da cognição, os cientistas estabelecem uma verdade relativa, percebendo que no estágio seguinte o conhecimento será alcançado mais preciso, mais adequado à realidade. E esta é mais uma evidência de que o processo de cognição é objetivo e inesgotável.

Em sua vida cotidiana e familiar, uma pessoa nem sempre percebe quais estruturas claras e bem desenvolvidas estão por trás dos dados e informações que formam o campo da informação da sociedade humana. Mesmo o fluxo caótico de informações e dados cotidianos tem suas raízes, espaço de processamento e escopo.

E o alcance e a especificidade de obter conhecimento sobre a natureza do mundo em que uma pessoa vive é simplesmente obrigado a ter uma regulamentação estrita. Uma dessas regulamentações é a estrutura do conhecimento das ciências naturais.

O conhecimento das ciências naturais só é possível dentro das ciências naturais. Pesquisas que vão além do escopo dos assuntos e métodos dessas ciências podem ser a base de hipóteses científicas. Mas eles não podem obter o status de desenvolvimento independente reconhecido pela comunidade científica.

Para agilizar o conhecimento adquirido, desde o início do século XVII houve uma divisão de todas as ciências em naturais e humanitárias. Esses níveis de conhecimento em ciências naturais diferem tanto no assunto de estudo quanto nos métodos e escopo do conhecimento adquirido. A separação baseia-se na relação do conhecedor (ciência) com o objeto (natureza) e com o sujeito (homem).

As ciências naturais estudam fenômenos, objetos e coisas da natureza, e as humanidades estudam eventos associados ao sujeito (homem).

Estrutura da ciência moderna

Como você sabe, a principal tarefa da ciência é o desenvolvimento e sistematização do conhecimento sobre a realidade para uma pessoa. Esse conhecimento é testado quanto à validade por meio de testes empíricos e provas matemáticas.

O conceito de sistematização prevê a existência de um determinado sistema, estrutura, com base na qual todo o conjunto do conhecimento humano é formado.

Toda a ciência é dividida em duas categorias principais:

• fundamental;
• aplicado.

Apresentação: "Conceitos da ciência natural moderna"

Ciência aplicada

Eles estão engajados no fato de que introduzem o conhecimento adquirido como resultado do desenvolvimento de outras áreas da ciência em atividades humanas práticas. As principais áreas das ciências aplicadas são médicas, tecnológicas e sociais.

Ciências básicas

São áreas da ciência que desenvolvem conceitos teóricos e buscam padrões. Esses padrões são responsáveis ​​por características básicas do universo como sua estrutura, composição, forma e condições para os processos nele. As ciências fundamentais são muito diversas. Para simplificar a orientação de uma pessoa nos assuntos de estudo de certos estudos, as ciências fundamentais são divididas em três subcategorias principais:

• Humanidades;
• natural;
• matemático.

As humanidades também são divididas em dois tipos: sobre a sociedade e sobre uma pessoa. Considerando que matemática e natural cobrem completamente cada um de sua gama de assuntos.

Uma das principais tarefas da ciência é o desenvolvimento de provas matemáticas de um determinado processo que está incluído no assunto da pesquisa científica. Nesse sentido, as próprias ciências matemáticas não estudam a realidade circundante. Eles desenvolvem ferramentas matemáticas que permitem que todas as outras ciências usem as conquistas dos matemáticos para confirmar a validade científica de hipóteses e teorias.

As principais características do conhecimento em ciências naturais

Como uma pessoa pode distinguir a ciência da não-ciência, qual é a especificidade do conhecimento das ciências naturais? É fácil responder a essas perguntas se for possível inspecionar o corpo de conhecimento existente quanto à presença das principais características que o conhecimento das ciências naturais deve ter:

Disponibilidade do sistema

É muito difícil verificar a quantidade de conhecimento existente quanto à consistência. No entanto, a estrutura interna sempre se torna aparente assim que se tenta compreender as principais disposições em que se baseiam as informações apresentadas por esses desenvolvimentos. Toda a estrutura deve ser baseada em um sistema de objetos de estudo. Ou seja, a presença de partes que são componentes de algo todo. A biologia estuda os organismos como um todo, a química estuda como um todo os processos de interação dos elementos químicos e assim por diante.

criticamente

Testando teorias para duvidar. Cada um, mesmo o conceito mais fundamental de uma teoria, pode ser questionado por uma pessoa quanto ao cumprimento de outras provisões de outras teorias.

Continuidade

Não importa o nível que o novo conhecimento atinja, sua estrutura deve sempre manter uma conexão com o conhecimento que foi obtido por uma pessoa anteriormente. Sim, o novo conhecimento pode rejeitar, mudar ou expandir o antigo, mas o novo conhecimento não pode estar fora do antigo conhecimento.

Capacidade de fazer previsões

O conhecimento científico deve conter um elemento de previsão. Toda pesquisa científica tem uma previsão de como ocorrerão os eventos relacionados aos desenvolvimentos científicos. Por exemplo, todo químico pode prever quais produtos serão obtidos como resultado de uma reação química de oxidação, os físicos sabem a que pressão a água ferve quando aquecida a 50 graus Celsius. E todas essas previsões se tornam realidade com alta certeza.

Se uma pessoa não recebe resultados previsíveis, então começa a falar sobre entrar em aviões inexplorados ou sobre violar o procedimento para realizar experimentos.

determinismo

Este signo tem como pano de fundo que todas as manifestações da realidade objetiva estão conectadas por causas. A conexão de alguns objetos estudados com outros pode ser caracterizada exclusivamente por uma relação causal (mesmo sua ausência, e não apenas a presença). A ciência moderna acredita que agora, quando chegou a um impasse em muitas questões, é necessária uma rejeição do determinismo. Pelo menos na forma em que existe hoje no campo da pesquisa científica. O desenvolvimento de novas abordagens das relações causais é o principal problema da epistemologia moderna.

Versatilidade

O conhecimento adquirido por uma pessoa no âmbito de uma ciência pode ser usado por outra ciência em termos de estudo de seu assunto.

Nenhuma das disposições das diferentes ciências pode trazer confusão ou dar consequências imprevisíveis da pesquisa científica de desenvolvimentos fundamentais ou aplicados.

As técnicas algébricas operam de acordo com as mesmas leis na física, na matemática, na biologia e na sociologia. Da mesma forma, as leis da interação química têm as mesmas características quando aplicadas tanto na química quanto na física, na biologia, na medicina e nos desenvolvimentos tecnológicos.

Existem vários outros sinais, como:

• sensibilidade (obtenção de conhecimento por uma pessoa com base em informações provenientes dos sentidos),
• impessoalidade (independentemente da personalidade do cientista que se tornou o descobridor deste ou daquele conhecimento, as leis derivadas funcionam igualmente previsivelmente),
• incompletude (os cientistas não assumem que em algum lugar existem princípios, teorias ou leis, cujo estudo bem sucedido irá completar atividade cognitiva, já que não há mais nada a saber).

Estrutura e composição do conhecimento

Então, qual é a estrutura do conhecimento das ciências naturais? A obtenção de conhecimento no campo das ciências naturais por uma pessoa é possível em duas direções, que estão intimamente relacionadas:

• conhecimento teórico;

Cada uma dessas áreas da ciência natural está trabalhando para obter um fato científico. A diferença entre eles está apenas nos métodos pelos quais esses fatos científicos são obtidos.

O método de conhecimento das ciências naturais consiste em vários métodos. Dependendo de qual direção - teórica ou empírica - uma pessoa planeja obter um fato científico, ela usa fundamentalmente métodos diferentes conhecimento de ciências naturais.

Os métodos de conhecimento humano da verdade são definidos como métodos científicos - ferramentas para obter novos conhecimentos e resolver problemas em qualquer uma das ciências.

Desde o início e desenvolvimento revolução científica e tecnológica a sociedade sempre foi crítica aos métodos científicos. Tal interesse está ligado ao problema de que, segundo alguns filósofos populares, é a rigidez e o conservadorismo dos métodos de cognição que dificultam o desenvolvimento da ciência. Se analisarmos a ordem em que uma pessoa usa o método científico, sua própria aplicação não garante o desenvolvimento de novos conhecimentos científicos. Apenas diante de anomalias e fenômenos inexplicáveis, os cientistas podem avançar.

Métodos de conhecimento empírico

Os métodos de cognição empírica incluem maneiras de uma pessoa obter conhecimento de fenômenos diretamente observados e processados ​​pelos sentidos humanos. Existem apenas duas maneiras principais de obter esse conhecimento:

• observação (obtenção de informações percebendo os objetos de estudo através dos sentidos, enquanto os objetos são observados em suas condições naturais, sem qualquer intervenção do naturalista);
• experimento (reprodução de experimentos sob condições controladas).

Duas formas de processamento humano de informações obtidas durante a preparação, condução e estudo de observações e experimentos também são derivadas em métodos científicos separados:

• estudar;
• medição.

Construção de um experimento científico

A experimentação é uma das atividades mais excitantes para uma pessoa. A realização de experimentos com o objetivo de obter certos resultados - essa atividade em si carrega uma carga cognitiva progressiva.

Para que os experimentos sejam chamados de científicos, uma pessoa deve construí-los de acordo com um certo princípio:

• Para começar, o cientista natural coleta informações sobre um fenômeno específico, cujo estudo foi necessário para considerar um problema científico específico.
• Tendo recebido as informações sobre o fenômeno disponíveis no sistema de conhecimento científico (suas características, condições de fluxo, resultados possíveis etc.), a pessoa deve organizar a observação dos fenômenos de interesse em suas condições naturais de reprodução. Se um cientista deseja cultivar uma planta modificada em condições experimentais, ele deve observar, mais de uma vez, como plantas semelhantes crescem e se desenvolvem em condições normais.
• Análise das informações e dados recebidos. Tendo adquirido experiência empírica através da observação e tendo informações sobre um fenômeno que já está na base do conhecimento científico, uma pessoa é capaz de analisar quais julgamentos-mensagens podem formar a base de um experimento futuro para obter as conclusões necessárias sobre certos fenômenos sob estudar.

• Construindo uma hipótese. Nesta parte do plano do experimento, os métodos teóricos de cognição já estão conectados, pois a epistemologia remete a construção de hipóteses ao método teórico. A hipótese desenvolvida constrói pressupostos que explicam os aspectos necessários do fenômeno em estudo.
• Desenvolvimento da teoria. Outro método usado em estudos experimentais. As teorias são construídas após a implementação direta do experimento, quando se comparam os dados obtidos em todas as etapas anteriores e se explica o fenômeno que está por trás desse ou daquele fenômeno. Por exemplo, o fenômeno do consumo de dióxido de carbono pelas plantas é baseado no fenômeno da fotossíntese. E essa pessoa pode confirmar experimentalmente.

Métodos Teóricos

O método científico teórico é a base de toda pesquisa científica. Sem ela, é impossível obter pelo menos algum conhecimento a partir de informações obtidas empiricamente.

Sem processamento teórico, os dados empíricos são apenas um conjunto de informações estatísticas sobre propriedades e processos.

O método teórico contém o componente racional do conhecimento das ciências naturais. O método teórico é uma forma de construir raciocínios sobre o tema da pesquisa.

Os principais métodos teóricos do conhecimento científico utilizados pelo homem são:

1. Formalização (transferência de pensamentos sobre o fenômeno em estudo, em termos e conceitos definidos e reconhecidos pela comunidade científica). Como resultado da formalização, não é apresentada a experiência subjetiva de uma pessoa, mas um certo modelo abstrato do fenômeno em estudo é construído.
2. Axiomatização. Aplicação na construção de hipóteses e teorias de enunciados que estão entre as verdades a priori. Aqueles que não requerem evidências adicionais no âmbito da pesquisa em andamento. Por exemplo, ao montar experimentos científicos, uma pessoa não prova que o ponto de ebulição da água depende da pressão, mesmo que esses dois fenômenos sejam usados ​​em pesquisas em andamento.
3. Abstração. A necessidade da pesquisa descartar todas aquelas propriedades de um objeto ou fenômeno que não são significativas neste estudo e não podem afetar seus resultados. O homem é sempre muito cauteloso com este método científico, porque pesquisa moderna em reinos muito sutis, todo desvio não percebido pode ser a causa de uma grande omissão científica.
4. Análise. Decompor o objeto de pesquisa em componentes menores (características, formas, propriedades, conexões, etc.). Ao estudar cada aspecto individual de um fenômeno, uma pessoa recebe informações detalhadas sobre o fenômeno em estudo e, combinando o conhecimento adquirido durante o estudo, chega a conclusões úteis. Essa combinação realmente flui para o próximo método científico - a síntese.
5. Indução, dedução, analogia são três formas de construir inferências tiradas pela ciência a partir da lógica. Cada um desses métodos caracteriza a relação entre premissas de raciocínio para obter as conclusões necessárias. Assim, a dedução é caracterizada pelo fato de que, a partir de parcelas de raciocínio relacionadas ao conhecimento científico geral, uma pessoa tira certas conclusões para casos particulares. A indução, por outro lado, deriva padrões gerais de casos particulares. A analogia permite obter conclusões sobre o estudo das semelhanças e diferenças de certos fenômenos. Assim, se alguns sinais do fenômeno em estudo têm certas semelhanças, esses fenômenos podem ser verificados quanto à presença de outras semelhanças.