Структурные уровни организации материи: микро-, макро- и мегамиры. В современном естествознании имеют дело с чрезвычайно большой совокупностью сильно различающихся по своему масштабу и по уровню сложности объектов. На этом громадном разнообразии наука научилась выделять так называемые структурные уровни материи. На каждом из таких уровней собраны материальные объекты и явления с их участием, близкие по своим фундаментальным свойствам. Структурирование материи делает процесс познания более простым.

Взяв за ориентир пространственно-временные масштабы, привычные для человека, всю совокупность природных объектов можно условно представить тремя областями: мегамир макромир микромир

Макромир – это мир непосредственно окружающих нас объектов. К макромиру относятся макротела. Макромир наиболее доступен для изучения. Изучение объектов макромира проведено в основном в рамках классического естествознания.

Микромир – область объектов, на многие порядки величин менее масштабных по сравнению с макрообъектами. Познание природы в этой области возможно только опосредованно, с помощью тончайших методов, выработка которых стала реальной лишь при достижении обществом очень высокого уровня технического развития. Изучение микромира привело к становлению и развитию неклассической физики.

молекулы атомы Ядра атомов Элементарные частицы поля вакуум

Мегамир является объектом исследования физических наук, занимающихся изучением и описанием планетных систем, звёзд, галактик и Вселенной в целом.

Универсум (вся Большая Вселенная) Метагалактика (видимая часть Вселенной) Системы галактик галактики звёзды Планеты и планетные системы Геологические образования

Диапазоны масс и размеров материальных объектов во Вселенной, которыми оперируют естественные науки

Диапазон энергий и диапазон длительностей различных процессов во Вселенной

Спектр естественных наук. Основные науки в рамках естествознания разграничены по соответствующему уровню организации материальных структур. Каждый иерархический уровень организации материи служит областью изучения одной или нескольких фундаментальных естественных наук. Задачей фундаментальных наук является выявление в природе наиболее глубоких основополагающих закономерностей, присущих определённому уровню организации материи.

Физика – исследует фундаментальные, основополагающие уровни организации материи Космология – исследует Вселенную как целое и её эволюцию Космогония - исследует объекты и процессы на уровне Солнечной системы Науки о Земле – исследуют процессы планетарного масштаба во всех земных сферах Химия – исследует процессы на атомарно- молекулярном уровне организации материи Биология – исследует клеточный уровень организации материи и всё многообразие живых организмов, а также биологические системы во взаимодействии друг с другом и с неживой материей Фундаментальные науки

Структурные уровни организации материи и структура естественнонаучного знания Биохимия биологические науки Науки о Земле Биофизика Экология Генетика Химия Астрономия Область применения классической и квантовой физики астрофизика, космология Макромолекулы Клетки Тканевый уровень Многоклеточные организмы Биологические виды, человек Популяции Биоценотический уровень Биосфера Макромир Элементарные частицы, физические поля Нуклоны, ядра Атомы Молекулы Микромир Макроскопические объекты Мегамир Геологические объекты Земля, планеты Звёзды Галактики Метагалактика

Все направления естествознания связаны между собой как компоненты единого целого взаимодействуют на уровне фундаментальных законов природы. Поэтому физика занимает особое место в современном естествознании, можно сказать – является его методологической основой. Приведённые выше диапазоны основных величин, характеризующих материальные объекты, полностью охватываются только физическим знанием. Большая часть фундаментальных законов, идей и концепций естествознания связана именно с развитием физики.

Задача прикладных научных направлений – быть связующим мостом между фундаментальным естествознанием и различными сферами практического использования его достижений. Задачей технических наук является исследование процессов протекающих в техногенных (искусственных) системах, технических устройствах различного типа, а также разработка общих принципов создания новых технологий, технических устройств и их эксплуатации. У прикладных и технических исследований нет каких-либо отдельных объектов исследования в совокупности иерархических уровней организации материи.

Трансдисциплинарные идеи естествознания. Одной из важнейших особенностей современного естествознания является интеграция наук о природе. Возникают трансдисциплинарные отношения, охватывающие содержательные и методологические части наук. Этот процесс происходит на концептуальной основе, т.е. на основе использования основополагающих методологических идей, позволяющих с единых позиций осмыслить широкий круг вопросов, относящихся к отображению реальности различными областями знаний.

Важнейшие трансдисциплинарные концепции Идея экспериментальной достоверности Идея моделирования природы Идея целостности природы и неразрывного единства объекта и его окружения Идея пространственно- временной упорядоченности происходящего в мире

Трансдисциплинарные идеи инвариантны по отношению к стратегиям познания. Смена стратегий познания практически не изменяет роль трансдисциплинарных идей. Трансдисциплинарные идеи образуют общую методологическую базу для построения современной научной картины мира. В трансдисциплинарных идеях «проявляется целостность естествознания, которая отражает в познании целостность природы».

Естествознание как фундаментальная основа технологий. Современное общество называют техногенным. Это название подчёркивает ту решающую роль, которую стала играть в нём техника, техническая культура. Все достижения техногенного общества обязаны своим появлением тем или иным исследованиям и открытиям в области естествознания. Достижения естествознания закладываются в основу разнообразных технических устройств и технологий.

Технология – определённая система производственных операций (технологических процессов), приводящих в конечном итоге к созданию продукции. Инновационные (прогрессивные) технологии предполагают внедрение существенно нового результата, который может заключаться в коренном улучшении качества продукции, в получении совершенно нового вида продукции, в резком увеличении производительности или объёмов производства или же в других позитивных изменениях технологического, экономического, экологического и социального характера по сравнению с традиционной технологией.

Характерной чертой инновационных технологий является их наукоёмкость. Для рождения таких технологий требуются предварительные тщательные научные исследования и инженерные разработки; для реализации этих технологий необходим высококвалифицированный производственный персонал.

Физика выступает источником наиболее фундаментальных знаний и идей для новых технологий и целых технологических направлений Химия обеспечивает развитие химических технологий и разработку широкого спектра новых материалов Биология служит основой разработки сельскохозяйственных, фармацевтических и медицинских технологий Фундамент прогрессивных технологий – исследования в следующих областях:

Особенности естественнонаучных проблем современности. Научная проблема – система ключевых вопросов, с которыми сталкивается в своём развитии какая-то конкретная наука; их решение определяет как развитие самой науки, так и её приложений.

Проблемы, обусловленные процессом саморазвития естественных наук Проблемы, привносимые в естествознание техническим прогрессом Проблемы, связанные с выживанием человечества, сохранением человеческой цивилизации Типы проблем современного естествознания

Проблемы естествознания, обусловленные его саморазвитием Научные исследования, дающие ответ на вопрос, приводят К возникновению новых вопросов, периодически становящимися масштабными, комплексными, концептуальными, Которые и образуют очередную научную проблему

Пример. Вопросы, связанные с объяснением структуры атома, закономерностей излучения, Составили проблему ограниченности представлений классической физики и классической стратегии познания, В ходе решения которой были заложены основы квантовой физики.

Проблемы естествознания, поставленные развитием техники и технологии. Многие фундаментальные исследования в современном естествознании стимулированы очевидной перспективностью будущего практического использования ожидаемых результатов. Поддержка крупными производителями не только прикладных разработок, но и фундаментальных научных исследований является свидетельством нового характера взаимосвязи техники и естествознания.

Естествознание и «глобальные» проблемы человеческой цивилизации. Из существующих или появляющихся глобальных проблем человеческой цивилизации вытекают важные научные проблемы и задачи, в том числе в области различных естественных наук.

Глобальная энергетическая проблема. Задача перед науками о Земле: прогнозирование поиск и оценка малодоступных пока резервов соответствующих полезных ископаемых Задача перед физикой: разработка принципов эффективного использования возобновляемых источников энергии, разработка эффективных и надёжных ядерных реакторов, поиск альтернативных источников энергии Невозобновляемые топливно- энергетические ресурсы

Проблема общепланетарного потепления. Задача перед науками о Земле и метеорологией: подтверждение или опровержение техногенного происхождения, исследование закономерностей и темпов изменений климата Задача перед экологией: построение крупномасштабных эколого- математических моделей, прогнозирующих последствия климатических изменений Глобальное потепление

Проблема «озоновых дыр». Задача перед экологией: установление достоверности самой проблемы, техногенного её происхождения и оценки возможных последствий для человечества Обеднение озонового слоя в верхних слоях атмосферной оболочки Земли

Проблема «астероидной опасности». Задача перед астрономией: прогнозирование и оценка последствий возможных столкновений Земли с астероидами Высокая вероятность катастрофических событий

Гуманитарные и юридические проблемы, связанные с развитием естествознания и его приложений. Разработка новых правовых документов, регламентирующих либо сами исследования в определённых областях естествознания, либо применение результатов такого рода исследований Морально-этические ситуации и новые правовые коллизии

Лозовский В.Н., Лозовский С.В. Концепции современного естествознания. Учебное пособие для вузов. - СПб: Лань, Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. М: Кнорус, Концепции современного естествознания. Учеб пособие/под общей ред. проф. С.И. Самыгина. Ростов-на-Дону: Феникс, Горелов А.А. Концепции современного естествознания. Учеб пособие. - М: Академия ИЦ, 2008.