Природа научного открытия реферат

Обновлено: 05.07.2024

В течение довольно длительного времени господствовало представление о том, что развитие науки происходит путем постепенного, непрерывного накопления все новых и новых научных истин. Подобная точка зрения не учитывала целостной картины развития науки, в которой на протяжении более длительных стадий происходит ревизия, или пересмотр, прежних ее понятий, принципов и концепций.

Содержание

Введение
Глава 1. Научные революции ХХ века
1.1. Основные характеристики научной революции
1.2. Предпосылки научной революции
Глава 2. Основные открытия научной революции первой половины ХХ века
Глава 3. Основные открытия в период НТР
3.1 Молекулярная биология
3.2 Атомная энергетика
3.3 Освоение космоса
3.4 Компьютерные технологии
Заключение
Список использованных источников

Введение

Раскрывая значение понятия научной революции внимание такой нюанс, что о коренных изменениях в науке можно говорить лишь в том случае, если эти изменения касаются не только принципов, методов и научных теорий, но и конкретной картины мира, как обобщенного выражения базовых элементов знания. Научная революция – это такой этап развития науки, когда подвергается серьезным изменениям, наряду с его научной картиной и методологией, также и исследовательская стратегия. Но в то же время научные революции не связаны с уничтожением прежнего знания и ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. В действительности, новая картина мира отказывается только от тех прежних гипотез и теорий, которые оказались не в состоянии объяснить вновь открытые факты наблюдений и результаты опытов.

Поэтому научные революции в естествознании следует понимать как качественные изменения содержания его теорий, учений и научных дисциплин.

Согласно традиционным представлениям, революция в науке началась в Европе ближе к концу эпохи Возрождения и продолжалась вплоть до конца XVIII века, повлияв на такие интеллектуальные движения, как эпоха Просвещения. В истории можно выделить три научных революции: 1-я революция (аристотелевская) произошла в VI — IV вв. до н.э. в познании мира; в результате и появилась на свет наука; 2-я глобальная научная революция (ньютоновская) пришлась на XVI — XVIII вв. Её исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической; 3-я революция произошла на рубеже XIX — XX вв., начавшись в физике. Успехи физики оказали влияние на химию и другие науки; 4-я научная революция началась в середине ХХ веке и получила название НТР, т. е. научно-техническая революция. Наука развивает технику, а техника, в свою очередь, постоянно стимулирует прогресс науки.

Её итог — переход к новой квантово-релятивистской физической картине мира.[4, С. 29-36]

Целью же данной работы является анализ научных революций ХХ века.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Провести анализ литературы по данной тематике.
Рассмотреть основные характеристики научной революции и предпосылки ее возникновения.
Проанализировать основные открытия научной революции первой половины ХХ века и периода НТР.
Сделать соответствующие выводы по данному исследованию.

Глава 1. Научные революции ХХ века

1.1 Основные характеристики научной революции

Революция в науке — период, когда открытия в таких областях науки, как физика, математика, астрономия, биология (включая анатомию), химия и др. коренным образом изменили взгляды на природу и общество.

Научная революция включает в себя не только получение принципиально новых представлений об окружающем мире благодаря научным открытиям, но и изменение представления учёных о том, как эти открытия нужно делать. Если в Средневековье преобладали отвлечённые логические рассуждения и философские аргументы, то в Новое время ключевым для новой науки стал эмпирический подход. Для нас сейчас он естественен, но признан он был только в XVII веке, а распространился лишь в XVIII веке.

В историческом развитии научного познания можно выделить несколько типов научных революций:

Частная — микрореволюция, затрагивающая только одну область знания;
Комплексная — революция, затрагивающая ряд областей знания;
Глобальная — всеобщая революция, радикально меняющая основы науки.

При определении типа научной революции необходимо учитывать следующие моменты:

Масштаб научной революции;
Глубину переворота фундаментальных теорий и законов науки;
Открытие новых фундаментальных законов, новой общей естественнонаучной теории;
Формирование общей картины мира;
Выработку нового типа мышления;
Исторический период развития науки;
Сопровождающие научную революцию социально-экономические преобразования.

Общими чертами научной революции являются:

Нужна помощь в написании реферата?

Универсальность, всеохватность: задействование всех отраслей и сфер человеческой деятельности;
Чрезвычайное ускорение научно-технических преобразований: сокращение времени между открытием и внедрением в производство, постоянное устаревание и обновление;
Повышение требований к уровню квалификации трудовых ресурсов: рост наукоёмкого производства;
Военно-техническая революция: совершенствование видов вооружения и экипировки
Характерной чертой научной революции XX века является прогресс в инфокоммуникациях, ведь именно прогресс в информационном поле является важнейшим фактором изменений социума, которые радикально меняют ключевые аспекты человеческой жизни.

Если обратиться к истории науки, то подлинно глобальными, фундаментальными можно назвать лишь две революции: революцию XVI — XVII вв. и научно революцию XX в.

1.2 Предпосылки научной революции

Революционное развитие науки связано с существенным преобразованием и реорганизацией ее концептуально-теоретического арсенала. В этот период происходит разрешение обострившихся противоречий между теорией и эмпирией, что приводит к возрастанию объема противоречий, который не может продолжаться бесконечно, даже с учетом использования новых модификаций. Теория утрачивает свой объяснительный и предсказательный потенциал. Наступает момент, когда она оказывается не в состоянии усваивать возрастающий поток новой информации.

Таким образом, предпосылками научной революции являются:

Исчерпание потенциала систем теоретического знания, т.е. невозможность на их основе осуществлять успешное описание, объяснение и предвидение исследуемых явлений;
Возрастающая сложность концептуального, логического и математического аппарата теоретической системы знаний за счет все более интенсивного использования гипотез и искусственных модификаций структуры и языка теории;
Накопление эмпирических и теоретических аномалий, парадоксов и противоречий, которые не позволяют использовать традиционные для данной теории алгоритмы постановки и решения возникающих задач и проблем.

Но революция начинается лишь тогда, когда формируется новая креативная идея, выполняющая функции концептуального ядра будущей теории, парадигмы или научной картины мира. Это обеспечивает эволюционный рост знания до тех пор, пока базовые характеристики изучаемых объектов успешно усваиваются и видоизменяются в рамках существующей картины мира, а методы теоретического освоения объектов соответствуют тем методологическим нормативам, которые входят в структуру стиля научного мышления, доминирующего в данную эпоху.[2, С. 125-126]

Глава 2. Основные открытия научной революции первой половины ХХ

Начало XX в. — это время важнейших открытий в науке, которые расширили представления о природе и человеке, изменили сложившуюся до этого научную картину мира. Особенно значительными были открытия в физике, которые современники назвали переворотом, революцией в науке.[1, С. 9]

В самом начале XX века, в 1900 году М. Планк постулировал квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля, для объяснения свойств теплового излучения. Также он открыл мельчайшие частицы – кванты и фотоны, с помощью которых Эйнштейн объяснил природу света и в 1905—1917 годах опубликовал ряд работ, среди которых были специальная (1905 год) и общая (1915 год) теории относительности. Они были посвящены противоречиям между результатами экспериментов и классической волновой теорией света, в частности фотоэффекту и способности вещества находиться в тепловом равновесии с электромагнитным излучением, понятию относительности и сути гравитации[6, С. 826].

В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. В результате экспериментов, проводимых Э. Резерфордом и его учениками, было обнаружено, что в атомах существуют ядра — положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре.

Но планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный недостаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любое тело (частица), имеющее электрический заряд и движущееся с ускорением, обязательно должно излучать электромагнитную энергию. Но в этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. Разрешение этих противоречий выпало на долю известного датского физика Нильса Бора, предложившего свое представление об атоме. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существуют дискретные (стационарные) состояния, находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию энергии.

Нужна помощь в написании реферата?

В 1924 году произошло крупное событие в истории физики: французский ученый Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи, которая позволила развить концепцию квантовой механики, объяснила дифракцию электронов и нейтронов.

Совершались важные открытия и в медицине. Величайшее открытие в этой области сделал австрийский ученый К. Ландштейнер. Экспериментальные исследования 1900-1907 гг. позволили выявить группы крови человека, после чего появилась возможность избежать смертельных осложнений, связанных с переливанием несовместимой крови. В результате многочисленных опытов с кровью in vitro (в пробирках) и оценки возможных комбинаций К. Ландштейнер установил, что всех людей в зависимости от свойств крови можно разделить на три группы. Чуть позднее (1906) чешский ученый Ян Янский выделил четвертую группу крови и дал всем группам обозначения, существующие и в настоящее время.

Другое серьезное открытие — пенициллин. Эта молекула стала первым в мире антибиотиком и сохранила жизни миллионам людей во время войны. В 1928 году биолог Александр Флеминг в ходе эксперимента заметил, что обычная плесень уничтожает бактерии. В 1938 году двое ученых, продолжавших работу над свойствами пенициллина, сумели выделить его чистую форму, на основе которой вещество и производилось как лекарство.

Таким образом, достижения научной мысли начала XX века стали толчком для дальнейших открытий, произошедших в период, получивший название научно-техническая революция (НТР).[3, С. 253-257].

Глава 3. Основные открытия в период НТР

3.1 Молекулярная биология

Новые явления и процессы, имевшие место в развитии естествознания и техники в первой половине XX века, подготовили уникальное в истории общества событие, получившее наименование научно-технической революции (НТР). Научно-техническая революция — коренная перестройка технических основ материального производства, начавшаяся в середине XX в., на основе превращения науки в ведущий фактор производства, в результате которого происходит трансформация индустриального общества в постиндустриальное. Среди естественнонаучных направлений, в значительной степени определивших наступление НТР, были атомная физика и молекулярная биология. В середине века наряду с физикой лидируют науки, смежные с естествознанием, — космонавтика, кибернетика, а также химия.[3, С. 253].

Во второй половине ХХ в. в рамках биологии при переходе от клеточного уровня исследования к молекулярному были сделаны наиболее революционные открытия:

В 1950-х гг. ученые Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли строение ДНК — основных строительных блоков, из которых состоят живые клетки, и выявили генетическую роль нуклеиновых кислот.
Открытие молекулярно-генетических механизмов изменчивости — классическая рекомбинация генов, мутация генов, неклассическая (нереципрокная) рекомбинация генов.
1957 год — Открытие трехмерной структуры белка (Дж. Кендрю, М. Перуц).

В результате были заложены научные основы новой отрасли науки — генной инженерии, целью которой стало создание новых форм организмов, наделенных свойствами, ранее у них отсутствовавшими. В 1996 ученым удалось получить первый клон овцы, названной Долли. Яйцеклетку выпотрошили, вставили в нее ядро взрослой овцы и подсадили в матку. Долли стала первым животным, которому удалось выжить, остальные эмбрионы разных животных погибли.[9, С. 69-71].

3.2 Атомная энергетика

Нужна помощь в написании реферата?

3.3 Освоение космоса

3.4 Компьютерные технологии

Основным стержнем научно-технической революции являлись компьютерные технологии, развитие которых приобрело невиданные темпы. Первый в истории американский компьютер ЭНИАК (1946 г.) состоял из 18 тыс. электронных ламп, потреблял 50 тыс. Вт энергии, занимал целую комнату и весил 30 тонн.

Заключение

В XX веке наука развивалась невероятно быстрыми темпами, что обусловливалось потребностями практики. Промышленность требовала новых технологий, в основе которых лежало естественнонаучное знание.

К тому же, мощной мотивацией для развития науки и техники стали мировые войны, а также экономическое и военное противостояние двух военно-политических блоков, во главе которых стояли СССР и США. Развитые промышленные страны начали выделять большие средства на развитие системы образования, подготовку и воспроизводство научных кадров. Существенно расширилась сеть научно-исследовательских учреждений, финансируемых как государством, так и частными компаниями.

Если в конце XIX века научные открытия совершались в маленькой лаборатории профессора или в мастерской изобретателя, то в 20–30-е годы XX века начинается эпоха промышленной науки, крупных научно-исследовательских центров, расходующих сотни тысяч и миллионы долларов. С конца XIX века наука начинает себя окупать. Капитал, вложенный в научные разработки, начинает приносить прибыль. Она перестала быть частным делом и становится профессией огромного числа людей. С. ускорением роста количества научных открытий и объема научной информации, а также числа людей, занятых в науке, объемы научной деятельности выросли до невероятных размеров. В результате этого – феноменальные достижения во всех областях науки и, прежде всего, в естествознании, которыми так богато ушедшее XX столетие.[5, С. 87-88]

Влияние научно-технического прогресса на общество проявляется не только в сфере материального производства и науки. Так, например, развитие военной техники, особенно средств стратегического назначения, определяет важные аспекты взаимоотношений государств, отображается на состоянии их экономики.

В XX веке наука изменила не только сферу производства, но и быт людей.

Нужна помощь в написании реферата?

Создание новых машин, аппаратов, приборов, интенсивное развитие электроники, радиотехники, химической технологии, авиационной и космической техники, систем автоматического управления и регулирования, лазерной и вычислительной техники и т.д. сделало нашу жизнь намного проще, позволив избавиться от тяжелой рутинной работы.

Кино, радио, телевидение вызвали к жизни новые виды искусств, оказали воздействие на всю человеческую культуру, сделав ее достоянием широких масс. Появление технических средств обучения позволило повысить эффективность учебного процесса в средней и высшей школах, осуществить принципы программированного обучения.[8, C. 12]

Однако с появлением различной техники, человеку даже не приходится думать, что отражается на умственной и физической способности человека, порождается лень, невежество, безделье, общество деградирует. Также стремительное повышение роли науки и техники как фактора социальных преобразований привело к многочисленным глобальным проблемам, порождённым техногенной цивилизацией и поставивших под угрозу само существование человечества.

Последняя треть ХХ столетия ознаменовалась бурными событиями в жизни человеческого общества. Глубокие сдвиги в экономических, политических, общественных структурах периодически взрывают устоявшийся, казалось бы, порядок вещей, вызывают бурный, непредсказуемый ход событий. В основе этих движений - научно-технический прогресс, темпы которого все более ускоряются.

Содержание

Введение
1.Научные открытия
2. Космонавтика
3. Радиоэлектроника
4. Кибернетика 5. Ядерная энергетика

Заключение
Список использованной литературы

Вложенные файлы: 1 файл

Научные открытия.doc

1.Научные открытия 5

2. Космонавтика 7

3. Радиоэлектроника 9

4. Кибернетика 11 5. Ядерная энергетика 14

Список использованной литературы 23

Произошла целая серия технологических и фундаментальных открытий в области электроники, радиофизики, оптоэлектроники и лазерной техники, современного материаловедения (“новые материалы”), химии и катализа, создание современных авиации и космонавтики, бурное развитие информационных технологий, поразительные результаты в области микро- и наноэлектроники породили производство наукоемких продуктов, в основе которых лежат наукоемкие технологии, за счет которых происходит экономическое развитие в последние годы. Поэтому научно-технический прогресс в последние десятилетия приобретает ряд новых черт. Новое качество рождается в сфере взаимодействия науки, техники и производства. Одно из проявлений этого - резкое сокращение срока реализации научных открытий: средний период освоения нововведений составил с 1885 по 1919г. 37 лет, с 1920 по 1944г. - 24 года, с 1945 по 1964г. - 14 лет, а для наиболее перспективных открытий (электроника, атомная энергетика, лазеры) - 3-4 года. Произошло, таким образом, сокращение этого периода до продолжительности строительства крупного современного предприятия. Это означает, что появилась фактическая конкуренция научного знания и технического совершенствование производства, стало экономически более выгодным развивать производство на базе новых научных идей, нежели на базе самой современной, но “сегодняшней” техники. В результате изменилось взаимодействие науки с производством: раньше техника и производство развивались в основном путем накопления эмпирического опыта, теперь они стали развиваться на основе науки - в виде наукоемких технологий. Это технологии, в которых способ производства конечного продукта включает в себя многочисленные вспомогательные производства, использующие новейшие технологии. В наукоемких отраслях высоки темпы научно-технического прогресса. Например, в ключевой области современного НТП - микроэлектронике - скорость накопления опыта характеризуется ежегодным удвоением сложности и объема выпуска интегральных схем при 30-процентном снижении издержек и цен.

В этих условиях отставание чревато не только потерей позиций в данной отрасли, но и безнадежным отставанием отраслей, где широко применяется электроника - в таких наукоемких отраслях как лазеры, авиастроение, отдельные виды машиностроения и др. Эти технологии используют многочисленные достижения фундаментальных и прикладных наук. Скорость появления новых изобретений и совершенно новых направлений исследований, которые иногда становятся самостоятельными отраслями научного знания способствует увеличению скорости морального износа уже имеющейся техники и технологии. Следующее за этим обесценение постоянного капитала вызывает значительный рост издержек, падение конкурентоспособности. Поэтому у производителей высок интерес к научным знаниям, они заинтересованы в контактах с наукой.

Кроме того наукоемкие технологии не представляют собой изолированные, обособленные потоки. В целом ряде случаев они связаны и обогащают друг друга. Но для их комплексного использования необходимы фундаментальные разработки, открывающие новые сферы применения новейших процессов, принципов, идей. Чрезвычайно важны также распространение одной и той же научно-технической идеи в другие отрасли, адаптация новых методов и продуктов для других сфер, формирование новых секторов рынка. Требуется вести активный научный поиск, который потребуется вести во многих направлениях, чтобы не пропустить какой-либо способ перспективного применения нововведения. Риск неточного выбора направления разработки чрезвычайно велик. За последние 15-20 лет развитые страны накопили значительный опыт организации инновационной деятельности. Возникли различные формы внедрения научных разработок в производство (ведь сами по себе технологии никому не нужны, если нет их практического использования: технологическая кооперация, межстрановый технологический трансферт, территориальные научно-промышленные комплексы.

В области физико-математических наук этого периода определились три основные направления: исследование строения веществ, изучение проблемы энергии и создание новой физической картины мира.

Благодаря открытию радиоактивности и созданию новой модели атома в новом свете предстало значение Периодического закона.

Рассмотрим более подробно открытия в области науки и техники серебряного века.

В начале XX века продолжают развиваться все разделы математики. Русский математик Золотарёв Е.И. заложил основы современной алгебраической теории чисел. Развивались и углублялись классические отделы алгебры. Подробно исследовались возможности сведения решения уравнений высших степеней. Более широкое применение в механике и физике получают вопросы линейной алгебры.

В разработке теории вероятностей видное место принадлежит петербургской математической школе (П.Л. Чебышев, А.М. Ляпунов, А.А. Марков и др.).

Для математических наук этого периода характерна, с одной стороны, тенденция к обобщению проблем, а с другой – неразрывная их связь с важнейшими вопросами теоретической и практической механики, физики, астрономии.

В 1906 году Жуковский Н.Е. совместно с Чаплыгиным С.А. дал точное решение задачи о движении смазочного слоя, имевшее большое практическое значение. С 1903 г. вопросами регулирования машин также занимался Жуковский. Важнейшей задачей динамики в рассматриваемый период было создание теории гироскопических явлений.

Разработка вопросов аэродинамики связана с именами Жуковского и Чаплыгина. В 1910 году Жуковскому и Чаплыгину удалось решить задачу о силах, действующих на крыло бесконечного размаха. Метод, разработанный Чаплыгиным, позволил найти форму профилей крыльев самолетов. Исследования Жуковского о подъемной силе являются основой современной аэродинамики, а теорема о подъемной силе имеет фундаментальное значение для теории крыла.

Первые радиолампы в России были созданы в 1915 г. М.А. Бонч-Бруевичем, работавшим в то время на Тверской приемной радиостанции военного ведомства. Это было началом развития целой отрасли радиоэлектронной промышленности, где в радио- и телевизионных приемниках использовались радио- и электронные лампы.

Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана в 1905 г. А. Эйнштейном (1879 – 1955 гг.).

Построение теории броуновского движения и ее экспериментальное подтверждение французским физиком Ж. Перреном окончательно завершили победу молекулярно-кинетической теории.

Дмитрий Николаевич Зелинский (1861-1953 гг.) совместно с инженером А. Куматовым (1916 г.) создал противогаз. Также он является русским химиком – органиком, академиком. Зелинский – один из основоположников учения об органическом катализе. Он занимался вопросами химии нефти. Также он синтезировал ряд аминокислот и многих других органических веществ. Зелинский изучал процессы гидролиза белковых тел.

Русский химик, академик Курнаков разработал физико-химический анализ растворов и сплавов металлов. Для анализа состава сплавов он создал новые приборы и новые методы.

И.П. Павлов занимался изучением физиологии кровообращения, пищеварения и мозга. Создавая научные основы управления процессами физиологическо-психической жизни животных, Иван Петрович надеялся, что в будущем это даст разумную возможность каждому человеку и всему человечеству правильного и здорового поведения, понимания единства физиологических и психологических процессов.

И.П. Павлову и И.И. Мечникову в начале XX века были вручены Нобелевские премии.

Ведущую роль в развитии физиологии продолжало играть учение И.М. Сеченова (1829-1905 гг.). Он развил материалистическую трактовку явлений природы, сформулировал положение о зависимости всех функций организма от окружающей среды и распространил детерминизм (учение о зависимости каждого явления от материальных причин) на понимание высших функций нервной системы. Сеченов создал научную основу психологии и изучения нервной системы в духе эволюционной теории Дарвина.

Двадцатый век навсегда войдет в историю человечества, как век освоения космического пространства. Еще в начале века русский ученый К. Э. Циолковский впервые теоретически обосновал возможность исследования космоса с помощью

К. Э. Циолковский установил законы движения ракеты как тела переменной массы, определил коэффициент полезного действия ракеты, исследовал влияние силы сопротивления воздуха на ее движение. К. Э. Циолковский отметил преимущества ракетных двигателей при больших скоростях движения, дал схему межпланетной ракеты, указав при этом на выгодность применения жидкого топлива. Считая ракету единственным практически приемлемым способом осуществления полетов в космос,

К. Э. Циолковский развил идею устройства составной многоступенчатой ракеты. Своими работами К. Э. Циолковский во многом определил рациональные пути развития космонавтики и ракетостроения.

Важную роль в развитии отечественной ракетной техники сыграла и группа изучения реактивного движения. В ней объединились многие энтузиасты ракетного дела: Ф. А. Цандер, аэродинамик В. П. Ветичкин, талантливые инженеры С. П. Королев, М. К. Тихонравов и др. Работой группы руководил технический совет под председательством С. П. Королева.

Начало проникновения человека в космос было положено 4 октября 1957 года. В этот памятный день вышел на орбиту запущенный в СССР первый в истории человечества искусственный спутник Земли. Он весил 86,3 кг. Прорвавшись сквозь земную атмосферу, первая космическая ласточка вынесла в околоземное пространство научные приборы и радиопередатчики. Они передали на Землю первую научную информацию о космическом пространстве, окружающем Землю.

Полет первого спутника позволил получить ценнейшие сведения. Тщательно изучив постепенное изменение орбиты за счет торможения в атмосфере, ученые смогли рассчитать плотность атмосферы на всех высотах, где пролетел спутник, и по этим данным более точным предусмотреть изменение орбит последующих спутников.

Определение точной траектории искусственных спутников позволило провести ряд геофизических исследований, уточнить форму Земли, точнее изучить ее сплюснутость, что дает возможность составлять более точные географические карты.

Позже 3 ноября 1957 г был выведен второй, а затем и третий советский спутник на более вытянутую орбиту.

Сведения, полученные в этом полете, существенно дополнили наши сведения об одном из важнейших открытий первых лет космической эры — открытии околоземных поясов радиации. Кроме различных измерении, на протяжении 500 тыс. км полета велись наблюдения газового состава межпланетной среды, наблюдения метеоритов, космических лучей и др.

Законы природы — скелет Вселенной. Они служат ей опорой, придают форму, связывают воедино. Все вместе они воплощают в себе умопомрачительную и величественную картину нашего мира. Однако важнее всего, наверное, то, что законы природы делают нашу Вселенную познаваемой, подвластной силе человеческого разума. В эпоху, когда мы перестаем верить в свою способность управлять окружающими нас вещами, они напоминают, что даже самые сложные системы повинуются простым законам, понятным обычному человеку. Но прежде, чем приступить к обзору законов природы, подумаем, откуда они берутся и какую роль играют в предприятии, именуемом наукой.

О науке

Большинство из нас почти всю свою жизнь прожило в XX веке. Задумайтесь над простым вопросом: что так сильно отличает этот век, только что оставленный нами позади, от всего, что было до него? Конечно, он был веком разрушения старых политических укладов и прихода новых, но то же можно сказать почти про любое столетие со времен появления первых письменных источников. Он был веком великих писателей и художников, но и в этом нет ничего нового. Он дал миру новые виды искусства (на ум приходят джаз и кино). Может быть, со временем они займут свое место рядом с классической оперой и симфонической музыкой. Я в этом сомневаюсь, но, как бы то ни было, это не первый и не последний случай рождения новых видов искусства.

Мне кажется, именно развитие науки и технологии наложило печать уникальности на XX век. Если составить список важных достижений столетия, в него могли бы войти: антибиотики, высадка астронавтов на Луне, компьютеры, Интернет, операции на открытом сердце, реактивные самолеты, мороженые продукты, небоскребы.

Невероятный рост населения и мировой экономики за последние сто лет — прямое следствие невероятного роста объема накопленных нами знаний о Вселенной.

Люди всегда испытывали любопытство по отношению к окружающему их миру — не в последнюю очередь потому, что выживание человека часто зависело от его способности прогнозировать развитие той или иной ситуации. Фермеры давным-давно выработали систему знаний о погоде и климате, позволявшую им получать хорошие урожаи, охотники изучили повадки своей добычи, а моряки научились находить в море и на небе признаки надвигающихся штормов. Но особые приемы и методики, совокупность которых мы называем наукой, появились лишь несколько сотен лет назад. Почему это произошло именно тогда и именно в Европе, а не где-то еще — на эти вопросы пусть отвечают историки. Нам же важно понять, что такое наука и каким образом она подводит нас к тому, что мы называем законами природы.

Поэтому, когда речь заходит о том, как устроена наука и как ученые открывают законы природы, я предпочитаю использовать аналогию с юридической практикой. Я имею в виду, что описанные ниже элементы надо рассматривать не как часть жестко заданной последовательности шагов, а как ступени процесса, осуществляемого учеными. Другими словами, думая о науке, надо иметь в виду все эти составляющие, при этом каждый раз решая, насколько важна каждая составляющая в данном контексте (и вообще все ли они присутствуют). Иначе говоря, нет фиксированной, жесткой последовательности действий, позволяющей прийти к выводу, является ли нечто наукой или нет.

В целом, большинство ученых используют более или менее одну и ту же последовательность шагов (мы ее описываем ниже), и в учебниках, как правило, фигурирует именно она. Но иногда случаются интуитивные прозрения и прорывы, которые в вашем представлении, может быть, не ассоциируются с образом рассудительных ученых в белых халатах. Это хорошо, потому что больше всего мне хочется, чтобы вы вынесли из этой книги представление о том, что наука, как и искусство, — один из главных путей реализации тяги человека к творчеству, и что ученые разделяют со всеми нами человеческие наклонности и слабости. Помня про эту оговорку, рассмотрим теперь составляющие научного процесса.

Наблюдение или эксперимент?

Чтобы узнать, что представляет собой мир, посмотрите, и вы увидите, каков он. Это утверждение кажется совершенно очевидным, и вы, возможно, удивились тому, что я потрудился привести его здесь, но дело в том, что оно представляет собой краеугольный камень науки. И все же оно по сей день не снискало всеобщего признания, и уж точно не признавалось всеми на протяжении истории.

И все же наблюдение мира — первый шаг к науке, и сделан этот шаг уже очень давно. С появлением земледелия фермеры стали сохранять семена от самых крупных, самых плодовитых растений, поняв, что это позволит им улучшить урожай на следующий год. Ремесленники заметили и сохранили для потомков (возможно, в устной традиции) сведения о том, как ведут себя разные сплавы металлов, когда их обрабатывают и нагревают определенным образом. Предтечи нынешних медиков подметили, что вытяжки из определенных растений помогают при некоторых болезнях, и этим заложили основу современной фармацевтической промышленности. Во всех этих примерах память о наблюдениях и опытах сохранилась, потому что они помогали людям удовлетворить свои потребности. Короче говоря, они давали результат. К этой идее мы вернемся, когда будем говорить о других путях познания.

Объяснив, почему я считаю, что наблюдение и эксперимент имеют для науки центральное значение, я должен сказать, что эти два понятия, будучи похожи по смыслу, подразумевают несколько разные способы работы. Астроном не может построить звезду и подождать, пока она состарится, чтобы изучить ее поведение. Эволюционный биолог не может создать новое позвоночное и подождать несколько миллионов лет, чтобы посмотреть, во что оно разовьется. Геолог не может ускорить движение тектонических плит на поверхности Земли, чтобы посмотреть, как изменится конкретная формация. Во всех этих случаях ученым приходится довольствоваться наблюдениями над природой, поскольку предмет исследования им неподвластен.

Экспериментатор же старается управлять изучаемой системой, зачастую меняя по одному параметру, чтобы посмотреть, к чему приведет его изменение. Вот классический пример использования экспериментального метода. Эколог Дэйвид Тилман из Университета Миннесоты разделил большой участок прерии на Среднем Западе США решеткой, состоящей из квадратов со стороной в несколько метров. В одном из своих экспериментов он поддерживал все условия во всех квадратах одинаковыми, за исключением количества добавляемого азотного удобрения. Это позволило отделить действие одного элемента — азота — от всех остальных факторов, влияющих на рост растений. Другие экспериментаторы поступают аналогичным образом. Ядерный физик, сталкивающий субатомные частицы на огромных скоростях, обеспечивает неизменность условий всех столкновений, за исключением величины энергии налетающей частицы; химик поддерживает одинаковым соотношение всех участвующих в реакции веществ, кроме одного; исследователь рака при лечении опухоли у экспериментальных животных изменяет лишь по одному элементу и так далее. В этих и многих других экспериментах ученые делают сложность системы минимальной, чтобы подробно изучить один из элементов, отделив его от остальных.

Разница между наблюдением и экспериментом, будучи важна, все же не делит науки на два разных лагеря. Например, астрономы могут не только наблюдать звезды, но и использовать эксперименты с ядерными реакциями, чтобы понять, откуда берется их энергия. Эволюционным биологам экспериментальные данные о мутациях фруктовых мушек, живущих совсем недолго, помогают получить представления о продолжительном процессе эволюции, а геологи почти неизменно пользуются данными лабораторных экспериментов по получению минеральных соединений при изучении пород, составляющих ландшафт. Эксперимент не исключает наблюдений, и наоборот. В любой науке используется разумное сочетание того и другого.

Источник многих, если не большинства новых идей в науке — неожиданные результаты экспериментов или наблюдений, и это можно считать отправной точкой научного метода. Но у этого общего правила есть и исключения. Начало теории относительности, созданной в первые десятилетия XX века, было положено размышлениями Альберта Эйнштейна о существовавших в те времена фундаментальных научных теориях. Как я уже говорил, наука не всегда идет столбовой дорогой, известной наперед.

Закономерности

Следующий элемент научного процесса вступает в игру после того, как проведена серия экспериментов или наблюдений и ученые получили первое представление об определенном аспекте устройства природы. Это новое понимание обычно принимает форму той или иное закономерности, присущей природе. Например, в упомянутых выше экологических экспериментах по изучению влияния азота Тилман обнаружил, что по мере добавления азота количество растительного материала (биомасса) на участке увеличивается, в то время как число видов (биологическое разнообразие) уменьшается. По сути, несколько видов, воспользовавшись большей доступностью азота, вытесняют те виды, которым это не удалось.

Приведем важный исторический пример, иллюстрирующий роль закономерностей. В XVII веке одним из центральных вопросов, занимавших ученых, было место Земли в мироздании.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

За последние несколько веков мы совершили бесчисленное множество открытий, которые помогли значительно улучшить качество нашей повседневной жизни и понять, как устроен мир вокруг нас. Оценить всю важность этих открытий очень сложно, если не сказать, что почти невозможно. Но одно ясно наверняка – некоторые из них буквально изменили нашу жизнь раз и навсегда. От пенициллина и винтового насоса до рентгена и электричества, перед вами список из 25 величайших открытий и изобретений человечества.

25. Пенициллин

Фото: wikipedia

Если бы в 1928 году шотландский ученый Александр Флеминг (Alexander Fleming) не открыл пенициллин, первый антибиотик, мы до сих пор бы умирали от таких болезней, как язва желудка, от абсцессов, стрептококковых инфекций, скарлатины, лептоспироза, болезни Лайма и многих других.

24. Механические часы

Фото: pixabay

Существуют противоречивые теории о том, как же на самом деле выглядели первые механические часы, но чаще всего исследователи придерживаются версии, что в 723 году нашей эры их создал китайский монах и математик Ай Ксинг (I-Hsing). Именно это основополагающее изобретение позволило нам измерять время.

23. Гелиоцентризм Коперника

Фото: WP / wikimedia

В 1543 году практически на смертном одре польский астроном Николай Коперник обнародовал свою знаменательную теорию. Согласно трудам Коперника стало известно, что Солнце – центр нашей планетной системы, а все ее планеты вращаются вокруг нашей звезды каждая по своей орбите. До 1543 года астрономы полагали, что именно Земля была центром Вселенной.

22. Кровообращение

Фото: Bryan Brandenburg

Одним из самых важных открытий в медицине стало открытие системы кровообращения, о чем в 1628 году объявил английский врач Вильям Харви (William Harvey). Он стал первым человеком, описавшим всю систему циркуляции и свойства крови, которую сердце качает по всему нашему телу от мозга до кончиков пальцев.

Один из известнейших древнегреческих ученых, Архимед, считается автором одного из первых в мире водяных насосов. Его устройство представляло собой вращающийся штопор, который проталкивал воду вверх по трубе. Это изобретение продвинуло ирригационные системы на новый уровень и до сих пор используется на многих заводах по очистке сточных вод.

20. Гравитация

Фото: wikimedia

Все знают эту историю – Исаак Ньютон, знаменитый английский математик и физик, открыл гравитацию после того, как в 1664 году ему на голову упало яблоко. Благодаря этому событию мы впервые узнали, почему предметы падают вниз, и почему планеты вращаются вокруг Солнца.

19. Пастеризация

Фото: wikimedia

Пастеризация была открыта в 1860-х годах французским ученым Луи Пастером (Louis Pasteur). Она представляет собой процесс термической обработки, во время которой в определенных продуктах питания и напитках (вино, молоко, пиво) происходит разрушение патогенных микроорганизмов. Это открытие возымело значительное влияние на общественное здравоохранение и развитие пищевой промышленности во всем мире.

18. Паровой двигатель

Фото: pixabay

Всем известно, что современная цивилизация ковалась на заводах, построенных во время промышленной революции, и что все это происходило с использованием паровых двигателей. Двигатель, приводимый в действие силой пара, был создан давно, но за последнее столетие он был существенно доработан тремя британскими изобретателями: Томасом Сэйвери, Томасом Ньюкаменом и самым знаменитым из них – Джеймсом Ваттом (Thomas Savery, Thomas Newcomen, James Watt).

17. Кондиционер

Фото: Ildar Sagdejev / wikimedia

Примитивная система климат-контроля существовала с древних времен, но она существенно изменилась, когда в 1902 году появился первый современный электрический кондиционер. Его изобрел молодой инженер по имени Виллис Карриер (Willis Carrier), выходец из Баффало, штат Нью-Йорк (Buffalo, New York).

16. Электричество

Фото: pixabay

Судьбоносное открытие электричества причисляется английскому ученому Майклу Фарадею (Michael Faraday). Среди его ключевых открытий стоит отметить принципы действия электромагнитной индукции, диамагнетизм и электролиз. Эксперименты Фарадея также привели к созданию первого генератора, ставшего предшественником огромных генераторов, которые сегодня производят привычное нам в повседневной жизни электричество.

15. ДНК

Фото: pixabay

Многие считают, что именно американский биолог Джеймс Ватсон и английский физик Фрэнсис Крик (James Watson, Francis Crick) в 1950-х годах открыли ДНК, но на самом деле впервые эта макромолекула была выявлена еще в конце 1860-х годов швейцарским химиком Фридрихом Майшером (Friedrich Miescher). Затем спустя несколько десятилетий после открытия Майшера уже другие ученые провели ряд исследований, которые наконец-то помогли нам прояснить, как организм передает свои гены следующему поколению, и как координируется работа его клеток.

14. Анестезия

Фото: Wikimedia

Простые формы анестезии, такие как опиум, мандрагора и алкоголь, использовались людьми издавна, и первые упоминания о них ссылаются аж на 70 год нашей эры. Но с 1847 года обезболивание перешло на новый уровень, когда американский хирург Генри Бигелоу (Henry Bigelow) впервые ввел в свою практику эфир и хлороформ, сделав крайне болезненные инвазивные процедуры намного более переносимыми.

13. Теория относительности

Фото: Wikimedia

Включая две взаимосвязанные теории Альберта Эйнштейна (Albert Einstein), специальную и общую теорию относительности, теория относительности, опубликованная в 1905 году, преобразовала всю теоретическую физику и астрономию 20 века и затмила 200-летнюю теорию механики, предложенную Ньютоном. Теория относительности Эйнштейна стала основой для большей части научных работ современности.

12. Рентгеновские лучи

Фото: Nevit Dilmen / wikimedia

Немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген (Wilhelm Conrad Rontgen) нечаянно открыл рентгеновские лучи в 1895 году, когда он наблюдал за флюоресценцией, возникающей при работе катодно-лучевой трубки. За это поворотное открытие в 1901 году ученый был удостоен Нобелевской премии, ставшей первой в своем роде в области физических наук.

11. Телеграф

Фото: wikipedia

С 1753 года многие исследователи проводили свои эксперименты для установления связи на расстоянии с помощью электричества, но значительный прорыв произошел лишь спустя несколько десятилетий, когда в 1835 году Джозеф Генри и Эдвард Дэйви (Joseph Henry, Edward Davy) изобрели электрическое реле. С помощью этого устройства они и создали первый телеграф 2 года спустя.

10. Периодическая система химических элементов

Фото: sandbh / wikimedia

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев заметил, что если упорядочить химические элементы по их атомной массе, они условно выстраиваются в группы с похожими свойствами. На основании этой информации он создал первую периодическую систему, одно из величайших открытий в химии, которое позже прозвали в его честь таблицей Менделеева.

9. Инфракрасные лучи

Фото: AIRS / flickr

Инфракрасное излучение было открыто британским астрономом Вильямом Хершелем (William Herschel) в 1800 году, когда он изучал нагревательный эффект света разных цветов, используя для разложения света в спектр призму, и измеряя изменения термометрами. Сегодня инфракрасное излучение используется во многих областях нашей жизни, включая метеорологию, системы подогрева, астрономию, отслеживание теплоемких объектов и многие другие сферы.

8. Ядерный магнитный резонанс

Фото: Mj-bird / wikimedia

Сегодня ядерный магнитный резонанс постоянно используют в качестве чрезвычайно точного и эффективного диагностического инструмента в области медицины. Впервые это явление было описано и вычислено американским физиком Исидором Раби (Isidor Rabi) в 1938 году во время наблюдения за молекулярными пучками. В 1944 году за это открытие американскому ученому вручили Нобелевскую премию по физике.

7. Отвальный плуг

Фото: wikimedia

6. Камера-обскура

Фото: wikimedia

Предшественником современных фотоаппаратов и видеокамер стала камера-обскура (в переводе темная комната), которая была оптическим устройством, используемым художниками для создания быстрых набросков во время выездов за пределы своих мастерских. Отверстие в одной из стенок устройства служило для создания перевернутого изображения того, что происходило снаружи камеры. Картинка отображалась на экране (на противоположной от отверстия стенке темного ящика). Эти принципы были известны веками, но в 1568 году венецианец Даниель Барбаро (Daniel Barbaro) внес изменения в устройство камеры-обскура, дополнив его собирающими линзами.

5. Бумага

Фото: pixabay

Первыми примерами современной бумаги часто считают папирус и амате, которые использовали древние средиземноморские народы и доколумбовые американцы. Но было бы не совсем верно считать их настоящей бумагой. Ссылки на первое производство писчей бумаги относятся к Китаю во времена правления империи Восточная Хань (25-220 годы нашей эры). Первая бумага упоминается в летописях, посвященных деятельности судебного сановника Цай Луна (Cai Lun).

4. Тефлон

Фото: pixabay

Материал, благодаря которому ваша сковорода не пригорает, на самом деле был изобретен абсолютно случайно американским химиком Роем Планкетт (Roy Plunkett), когда тот искал замену холодильным агентам, чтобы обезопасить домашний быт. Во время одного из своих экспериментов ученый открыл странную скользкую смолу, которая позже стала больше известной как тефлон.

3. Теория эволюции и естественного отбора

Фото: wikimedia

Вдохновленный своими наблюдениями в ходе второго исследовательского путешествия в 1831-1836 годах, Чарльз Дарвин (Charles Darwin) приступил к написанию своей знаменитой теории эволюции и естественного отбора, ставшей по мнению ученых со всего света ключевым описанием механизма развития всего живого на Земле

2. Жидкие кристаллы

Фото: William Hook / flickr

Если бы австрийский ботаник и физиолог Фридрих Райницер (Friedrich Reinitzer) не открыл жидкие кристаллы во время проверки физико-химических свойств различных производных холестерина в 1888 году, сегодня вы бы не знали, что такое телевизоры с жидкокристаллическими экранами или плоские LCD мониторы.

1. Вакцина от полиомиелита

Фото: GDC Global / flickr

26 марта 1953 года американский медицинский исследователь Йонас Солк (Jonas Salk) объявил, что ему удалось провести успешные испытания вакцины против полиомиелита, вируса, который вызывает тяжелое хроническое заболевание. В 1952 году из-за эпидемии этого недуга диагноз был поставлен 58 000 жителей США, и болезнь унесла 3 000 невинных жизней. Это подстегнуло Солка на поиски спасения, и теперь цивилизованный мир в безопасности хотя бы от этой беды.

Читайте также: