Карпенков Степан Харланович

Лауреат Государственной премии и премии ПравительстваРоссийской Федерации в области науки и техники.Заслуженный деятель науки Российской Федерации,академик Российской академии естественных наук. Доктортехнических наук, профессор, заведующий кафедройестествознания Государственного университета управления.

Научную и педагогическую деятельность начинал в МГУим. М.В. Ломоносова.

Автор двадцати книг, в том числе переизданных фундамен-тальных учебников и учебных пособий. Имеет двенадцатьавторских свидетельств и патентов и более 200 работ,известных отечественным и зарубежным специалистам.

Награжден медалью «Автор научного открытия», посвящен-ной лауреату Нобелевской премии П.Л. Капице, и удостоенГосударственной научной стипендии, присуждаемой выдаю-щимся ученым России.

С.Х.КАРПЕНКОВ

КОНЦЕПЦИИСОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

ИЗДАНИЕ ШЕСТОЕ,ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

РекомендованоМинистерством образования

Российской Федерациив качестве учебника для студентов

высших учебных заведений

Москва «Высшая школа» 2003

УДК 50ББК 20

К 26Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.А. Шахнов (лауреат Государственной премии и премии Прави-

тельства Российской Федерации в области науки и техники, заслуженный деятель нау-

ки Российской Федерации, зав. кафедрой МГТУ им. Н.Э. Баумана); проф. М.В. Вальяно

(зав. кафедрой философии Финансовой академии при Правительстве Российской Фе-

дерации)

Карпенков С.Х.К 26 Концепции современного естествознания: Учеб. для вузов/

С.Х. Карпенков. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк.,2003. — 488 с: ил.

ISBN 5-06-004242-1

Учебник написан в соответствии с Государственными образовательными стандар-тами (ГОС 2000). В нем изложены вопросы естественно-научного познания окружаю-щего мира, фундаментальные концепции, принципы и законы природы, рассмотреныактуальные проблемы современного естествознания, связанные с изучением природ-ных процессов и свойств вещества на молекулярном уровне, отражены естественно-на-учные аспекты энергетики, экологии и освещены важнейшие достижения естествозна-ния, лежащие в основе современных наукоемких технологий.

Предназначен для студентов высших учебных заведений. Может быть интере-сен и полезен широкому кругу читателей.

УДК 50ББК 20

Учебное издание

Карпенков Степан Харланович

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Редакторы А.В. Бородина, Т.В. Рысева. Художник В Н. Хомяков.Художественный редактор Ю.Э. Иванова. Технический редактор Л А. Овчинникова.

Компьютерная верстка С.Н. Луговая. Корректор В.В. Кожуткина. Оператор С.Н. Жигунова

Лицензия ИД № 06236 от 09.11.01.

Изд. № Х/Е-271. Сдано в набор 02.04.02. Подп. в печать 18.09.03. Формат 60х88'/ 1 6 .Бум. офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Объем 29,89 усл. печ. л.

30,39 усл. кр.-отг. 31,72 уч.-изд. л. Тираж 7000 экз. Зак. № 3290

ФГУП «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва ГСП-4, Неглинная ул., 29/14.

Тел.: (095) 200-04-56, E-mail: info@v-shkola.ru http://www.v-shkola.ru

Отдел реализации: (095) 200-07-69, 200-59-39, факс (095) 200-03-01. E-mail: sales@v-shkola.ru

Отдел «Книга-почтой»: (095) 200-33-36. E-mail: bookpost@v-shkola.ru

Набрано на персональных компьютерах издательства.

Отпечатано в ФГУП ордена «Знак Почета» Смоленской областной типографииим. В.И. Смирнова. 214000, г. Смоленск, пр-т им. Ю. Гагарина, 2.

ISBN 5-06-004242-1 © ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2003Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его

репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 8

Введение 9

ЧАСТЬ I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР 11

1. Естествознание и окружающий мир 131.1. Естественно-научные знания и современное образование 131.2. Роль естествознания в формировании профессиональных знаний . . 181.3. Естественно-научные знания и сфера управления 231.4. Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания 271.5. Естествознание и математика 311.6. Развитие естествознания и псевдонаучные тенденции 351.7. Естествознание и нравственность 421.8. Рациональное и иррациональное начала познания 46Контрольные вопросы 56

2. Естественно-научное познание окружающего мира 572.1. Процесс естественно-научного познания 572.2. Формы естественно-научного познания 622.3. Методы и приемы естественно-научных исследований 702.4. Научное открытие и доказательство 772.5. Эксперимент — основа естествознания 822.6. Современные средства естественно-научных исследований 852.7. Важнейшие достижения современного естествознания 90Контрольные вопросы 93

ЧАСТЬ Н. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗ-НАНИЯ 95

3. Фундаментальные принципы и законы 973.1. Физика — фундаментальная отрасль естествознания 973.2. Материя и движение, время и пространство 1043.3. Концепция атомизма. Дискретность и непрерывность материи . . . 1083.4. Фундаментальные взаимодействия ,. ПО3.5. Принцип относительности . 1163.6. Свойства пространства — времени и законы сохранения 1183.7. Фундаментальные законы Ньютона 1223.8. Статистические и термодинамические свойства макросистем . . . . 1253.9. Термодинамические законы 1293.10. Электромагнитная концепция 1343.11.Корпускулярно-волновые свойства света 138Контрольные вопросы 143

3

4. Атомный в нуклонный уровни строения материн 1444.1. Структура атомов 1444.2. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц 1474.3. Вероятностный характер микропроцессов 1504.4. Современные атомные системы 1534.5. Ядерные процессы 1564.6. Элементарные частицы 1644.7. Перспективы развития физики микромира 166Контрольные вопросы 169

ЧАСТЬ III. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ. . . 171

5. Концепция развития и эволюция Вселенной 1735.1. Сущность концепции развития 1735.2. Эволюция Вселенной 1765.3. Структура Вселенной 1825.4. Средства наблюдения объектов Вселенной 1855.5. Проблема поиска внеземных цивилизаций 1885.6. Солнечная система — часть Вселенной 1905.7. Земля — планета Солнечной системы 195Контрольные вопросы 202

6. Естественно-научные знания о веществе 2036.1. Развитие химических знаний 2036.2. Синтез химических веществ 2076.3. Современный катализ 2126.4. Образование земных и внеземных веществ 2186.5. Природные запасы сырья 2206.6. Органическое сырье 2276.7. Новые химические элементы 2346.8. Перспективные химические процессы 2386.9. Современные материалы 2436.10. Перспективные материалы 252Контрольные вопросы 261

7. Биосферный уровень организации материи 2627.1. Зарождение живой материи 2627.2. Носитель генетической информации 2647.3. Структура и функции белков 2697.4. Строение и разновидности клеток 2717.5. Происхождение жизни 2757.6. Предпосылки эволюционной идеи 2797.7. Эволюция жизни • 2837.8. Растительный и животный мир 2947.9. Человек — феномен природы 3027.10. Жизнеобеспечение человека 3107.11. Продление жизни организма 3217.12. Формирование ноосферы 327Контрольные вопросы 328

ЧАСТЬ IV. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХ-НОЛОГИЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ 329

8. Естественно-научные аспекты технологий 3318.1. Развитие средств информационных технологий 331

4

8.2. Современные средства накопления информации 3378.3. Мультимедийные системы и виртуальный мир 3428.4. Микро- и наноэлектронные технологии 3448.5. Лазерные технологии 3528.6. Современные биотехнологии 3598.7. Генные технологии 3618.8. Проблема клонирования 364Контрольные вопросы 366

9. Естественно-научные проблемы современной энергетики 3679.1. Энергия — источник благосостояния 3679.2. Преобразование энергии 3699.3. Эффективность производства и потребления энергии 3739.4. Тепловые электростанции 3759.5. Повышение эффективности энергосистем 3769.6. Гидроисточники и геотермальные источники энергии 3829.7. Гелиоэнергетика 3879.8. Энергия ветра 3899.9. Атомная энергетика 3929.10. Особенности отечественной энергетики 396Контрольные вопросы 398

10. Естественно-научные аспекты экологии 39910.1. Глобальные катастрофы и эволюция жизни 39910.2. Предотвращение экологической катастрофы 40310.3. Природные катастрофы и климат 40510.4. Парниковый эффект и кислотные осадки 41210.5. Сохранение озонового слоя 41610.6. Водные ресурсы и их сохранение 42010.7. Потребление энергии и среда нашего обитания 42210.8. Радиоактивное воздействие на биосферу 42510.9. Естественно-научные проблемы защиты окружающей среды . . . . 431Контрольные вопросы 434

11. Гармония природы и человека 43511.1. Человек и природа 43511.2. Сохранение природных ресурсов 43611.3. Обновление энергосистем 43811.4. Эффективное потребление энергии 43911.5. Экономия материальных ресурсов 44411.6. Экономия ресурсов на транспорте 44611.7. Города и природа 45111.8. Решение проблем утилизации 45411.9. Перспективные технологии и окружающая среда 45911.10. Глобализация биосферных процессов 460Контрольные вопросы 462

Заключение 464

Литература 465

Словарь специальных терминов 466

Указатель имен 479

Посвящается молодымлюдям, одержимым жаждойзнаний — источникомгармонии и совершенства

ПРЕДИСЛОВИЕ К ШЕСТОМУ ИЗДАНИЮ

Первое издание предлагаемой книги вышло в свет в 1997 г. Это былодин из первых учебников, посвященных дисциплине «Концепции совре-менного естествознания», изучаемой студентами высших учебных заве-дений социально-экономических и гуманитарных направлений.

По мере накопления новых материалов и сведений последующие из-дания существенно дорабатывались, дополнялись и в них вносились ис-правления и уточнения. При доработке учитывался многолетний опытчтения лекций и проведения практических занятий в Государственномуниверситете управления. В результате учебник совершенствовался и ви-доизменялся: сократилось число глав с девятнадцати (в первом издании)до одиннадцати (в более поздних изданиях), устаревшие сведения заме-нены новыми, некоторые разделы написаны заново и т. п. Шестое изда-ние существенно переработано и исправлено.

В предлагаемом учебнике в сжатой и доступной форме изложеныфундаментальные естественно-научные знания, т.е. знания о природе, ко-торые нужны каждому образованному человеку, чтобы не толькоповедать тайны, могущество и красоту природы, но и понять, что нужносделать, чтобы сохранить окружающую среду и жить в гармонии с приро-дой.

При изучении концепций современного естествознания полезно пом-нить наставление русского публициста Д.И. Писарева (1840—1868):«Надо учиться в школе, но еще гораздо более надо учиться по выходе изшколы».

Книга предназначена для студентов высших учебных заведений днев-ной, вечерней и заочной форм обучения по специальностям экономики,юриспруденции, управления, философии, социологии, экологии, ме-неджмента, маркетинга, товароведения, туризма, бизнеса, финансов,предпринимательства и др.

Москва, 2003 г. Автор

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЯТОМУ ИЗДАНИЮ

Предлагаемое пятое издание настоящего учебника переработано и посравнению с предыдущим содержит новые сведения о последних важней-ших достижениях в области естествознания.

Учебник состоит из четырех частей. В части I обоснована практиче-ская значимость естествознания в современном обществе и рассмотреныосновные положения естественно-научного познания окружающегомира. В части II изложены фундаментальные законы и концепции естест-вознания. Часть III посвящена естественно-научным концепциям разви-тия процессов в природе. В части IV рассмотрены естественно-научныеосновы современных технологий, энергетики и экологии.

Материал учебника изложен в рамках концепций — основополагаю-щих идей и системного подхода — и представлен в наглядной и доступ-ной форме.

Москва, 2002 г. Автор

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

В современном обществе большое внимание уделяется не только раз-личным отраслям естествознания, но и бурно развивающимся наукоем-ким технологиям, энергетике и экологии. Фундаментальным концепцияместествознания и естественно-научным основам современных техноло-гий, энергетики и экологии посвящен настоящий учебник.

Он состоит из пяти частей, в которых последовательно излагаются ос-новные вопросы, предусмотренные Государственными образовательны-ми стандартами для изучения дисциплины «Концепции современного ес-тествознания» в высших учебных заведений.

Учебник написан на уровне концепции естественно-научных про-блем, т. е. с учетом основополагающих идей, систем взглядов на изучае-мые вопросы. При изложении материала использованы широко извест-ные термины и простые математические формулы, отражающие фунда-ментальные законы природы. Естественно-научная сущность освещае-мых вопросов представлена в доступной форме для широкого кругачитателей.

Книга предназначена для студентов высших учебных заведений днев-ной, вечерней и заочной форм обучения экономических, юридических,философских и других гуманитарных специальностей.

Москва, 1997 Автор

Наконец-то я подаюруку по-настоящемуполезной науке.

Гораций

ВВЕДЕНИЕ

Каждого человека, начиная с самого раннего возраста, отличает лю-бопытство — естественное стремление познать окружающий мир. «Лю-бопытство сродно человеку и просвещенному, и дикому», — утверждалвыдающийся русский историк и писатель Н.М. Карамзин (1766—1826). Свозрастом неосознанное любопытство постепенно перерастает в осознан-ное желание познать законы, которые управляют природой, научитьсяприменять их в своей трудовой деятельности, предвидя возможные ее по-следствия. Законы природы и способы их применения отражают концен-трированный опыт человечества. Опираясь на него, человек способен за-щитить себя от ошибок, и ему легче достичь желаемых целей. Концентри-рованный опыт человечества лежит в основе любого образовательногопроцесса.

Естествознание — наука о явлениях и законах природы. Современ-ное естествознание включает множество естественно-научных отраслей:физику, химию, биологию, физическую химию, биофизику, биохимию,геохимию и др. Оно охватывает широкий спектр вопросов о разнообраз-ных свойствах объектов природы, которую можно рассматривать какединое целое.

Важнейшие достижения естествознания составляют фундаменталь-ную базу современных наукоемких технологий, на основе которых про-изводится разнообразная продукция, в том числе и товары повседневногоспроса. Для того чтобы знать, какой ценой дается такая продук-ция — важнейшая составляющая экономики, каковы перспективы разви-тия современных технологий, тесно связанных с экономическими, соци-альными и политическими проблемами, нужны фундаментальные знанияо природе — естественно-научные знания. В наше время естественно-на-учные знания превратились в сферу активных действий и представляютсобой базовый ресурс экономики, по своей значимости превосходящийматериальные ресурсы: капитал, землю, рабочую силу и т.п. Естествен-но-научные знания и основанные на них современные технологии фор-мируют новый образ жизни, и высокообразованный человек не можетдистанцироваться от фундаментальных знаний об окружающем мире, не

9

рискуя оказаться беспомощным в профессиональной деятельности. «Безестественных наук нет спасения современному человеку; без этой здоро-вой пищи, без этого строгого воспитания мысли фактами, без этой близо-сти к окружающей нас жизни», — такую высокую оценку естествен-но-научным знаниям дал русский писатель и философ А.И. Герцен(1812—1879).

Если излагать подробно естественно-научные знания, накопленныево всех отраслях естествознания, то получится огромный фолиант, можетбыть, и нужный, но малополезный даже для специалистов естествен-но-научного профиля, не говоря уже о специалистах гуманитарных и со-циально-экономических направлений. Задача изложения усложняетсяеще и тем, что его форма должна быть доступной для студентов, чья буду-щая профессиональная деятельность не имеет прямого отношения к есте-ствознанию. Для решения этой задачи нужен обобщающий философскийпринцип. Сущность его заключается в изложении естественно-научныхзнаний в рамках концепций — основополагающих идей и системного под-хода. Концептуальный принцип позволяет студентам получить фунда-ментальные, комплексные знания о природе, а на их основе более глубокоизучить узкоспециализированные дисциплины.

Современные средства естествознания дают возможность исследо-вать многие сложнейшие процессы на уровне атомных ядер, атомов, мо-лекул, клеток, а затем и синтезировать ранее не существовавшие в приро-де вещества с необычными свойствами, а из них производить новые мате-риалы для различных машин, устройств, изделий и т.п. Кроме того, бла-годаря таким исследованиям выращиваются высокоурожайные культур-ные растения, разрабатываются высокоэффективные средства леченияболезней и т.д.

Любое перспективное направление деятельности человека прямо иликосвенно связано с новой материальной базой и новыми технологиями, изнание их естественно-научной сущности — залог успеха. Без фундамен-тальных знаний о природе может сложиться ошибочное общественноемнение, приводящее к необъективному решению, как это случилось, на-пример, при необоснованном объявлении временного (1975—1985) мо-ратория на генную инженерию. Следовательно, естественно-научныезнания нужны не только высококвалифицированным специалистам, но илюбому образованному человеку вне зависимости от сферы его деятель-ности.

Знания не приходят сами по себе. Нужно усердно работать, прилежноучиться. «Надо учиться не стыдясь, а учить не скупясь», — так сказал вдалекие времена известный мыслитель Василий Великий (ок. 330—379),и только в этом случае можно надеяться на успех.10

Учись, мой сын: наука сокращаетнам опыты быстротекущей жизни...

А.С.Пушкин

Для нас наука естествознание — тотсамый рычаг, который единственноспособен повернуть весь мир лицомк солнцу.

М. Горький

1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И ОКРУЖАЮЩИЙ МИР

1.1. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ЗНАНИЯИ СОВРЕМЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

На протяжении всей истории развития общества основу образованиясоставляли знания о природе, знания о человеке и знания об обществе.Очевидно, эти три составляющие образования взаимосвязаны: природапородила человека, а люди образуют общество. По мнению выдающегосяроссийского историка В.О. Ключевского (1841—1911), «человеческаяличность, людское общество и природа страны — вот те три основныесилы, которые строят людское общежитие... Идеал исторического воспи-тания народа состоит в полном и стройном развитии всех элементов об-щежития и в таком их соотношении, при котором каждый элемент разви-вается и действует в меру своего нормального значения в общественномсоставе, не принижая себя и не угнетая других».

Длительная история развития цивилизации показывает, что далеко невсегда, а вернее, никогда названные элементы разных по форме и содер-жанию образовательных систем не находились в полном и стройном раз-витии, т.е. не составляли гармонического единства. Так, в древние време-на знания о природе — естественно-научные знания — носили описа-тельный, умозрительный, натурфилософский характер. Основное внима-ние уделялось знаниям о человеке.

Древнегреческий мыслитель Сократ (ок. 470—399 до н.э.) полагал,что единственная функция знаний — это самопознание, т.е. интеллекту-альный, нравственный и духовный рост человека. Его современник, древ-негреческий философ Протагор (ок. 480—410 до н.э.), утверждал, чтоцель знаний — сделать деятельность человека более успешной и эффек-тивной. Однако из утверждений древнегреческих философов не следует,что знания обладают полезностью, заключающейся в умении и навыках.Считалось, что приобрести умения и навыки можно только поступивв обучение или накопив собственный опыт. Вплоть до начала XVIII в.

13

в английском языке понятие «ремесло» выражалось словом «mystery», оз-начающее «таинство», не только потому, что обладавший секретом тогоили иного ремесла давал клятву не раскрывать секретов, но и потому, чторемесло было недоступно для человека, не прошедшего обучение у мас-тера и не перенявшего на практике его тайн.

На Руси уже в XIV в. возникла уникальная общность вольных масте-ров, известная под названием «артель». В отличие от подобного родаобщностей на Западе, артель была не только и не столько коммерческимобъединением мастеров узкого профиля в современном представлении, аскорее общностью единоверцев, исповедующих законы свободы и спра-ведливости. Будучи своеобразной формой общественного труда, артельопределяла правила жизни, влияла на образ жизни каждого, воздавая емупо делам его и по делам его рода. Ценность личности определялась при-надлежностью к роду мастеров.

С развитием естественно-научных знаний, когда начиная с XVIII в.открываются первые фундаментальные законы природы с последующимих практическим применением, появляется понятие «технология». Онопроисходит от слов techne — искусство, ремесло, logos — понятие, уче-ние, что вместе означает организованное, систематизированное, целена-правленное знание. Для изучения технологий стали создаваться учебныезаведения. Первое техническое учебное заведение — Школа мостов и до-рог — основано во Франции в 1747 г.; за ним последовали первая Школасельского хозяйства в 1770 г. и первая Школа горного дела в 1776 г. (обе вГермании). В 1794 г. во Франции был открыт первый технический уни-верситет — Политехнический университет, а вместе с ним возникла ипрофессия инженера. Вскоре в систематизированную отрасль знанийбыла преобразована медицинская практика.

Вхождение в науку и постижение технологий в России определялосьособенностями ее природы и хозяйственного быта вместе со складом ха-рактера и ума великороссов, которые, по мнению В.О.Ключевского,«мыслят и действуют, как ходят; кажется, что можно придумать кривее иизвилистее великорусского проселка? Точно змея проползла. А попро-буйте пройти прямо: только проплутаете и выйдете на ту же извилистуютропу». И вместе с тем «ни один народ в Европе не способен к такому на-пряжению труда на короткое время, какое может развить великоросс». Врусских летописях и сводах древней Руси описывались явления природы:солнечные и лунные затмения, северное сияние, появление комет и ме-теоритов, грозы, бури, наводнения; вносились сведения технического ха-рактера: о видах и устройстве оружия, постройке крепостей и церквей, олитье колоколов и пушек, о часах, о строительстве мостов и т.п. Причемастрономические явления отмечены с «великой точностью». Время до-несло до нас имя первого русского ученого, астронома и математика Ки-14

рика Новгородца, написавшего в 1136 г. научный трактат «Учение им жеведати человеку числа всех лет», аналога которому нет ни в древнерус-ской, ни в византийской, ни в южнославянской литературе. Феодальнаяраздробленность, татаро-монгольское нашествие и не только эти факто-ры сдерживали развитие культуры, науки и образования в России. В Ев-ропе после изобретения И. Гутенбергом (1399—1468) книгопечатаниямножились типографии и печатались книги на латинском языке, в то вре-мя как на Руси только что налаживалось свое книгопечатание, основан-ное Иваном Федоровым (ок. 1510—1583), выпустившим в 1584 г. первуюрусскую печатную книгу «Апостол». Коренной перелом в развитии нау-ки, образования и культуры в России наступил при Петре I (1672—1725).

По мере развития естественно-научных знаний на Западе и преждевсего в Великобритании активизировалось изобретательство, котороепривело к тому, что ремесло перестало быть таинством и секретом. Яр-ким свидетельством перехода от ремесла к технологии является величай-ший труд «Энциклопедия», изданный в 1751—1780 гг. Дени Дидро(1713—1784) и Жаном Д'Аламбером (1717—1783). В «Энциклопедии»впервые представлены в организованном и систематизированном видезнания о всех ремеслах, что позволило получить специальные знания, ненанимаясь в ученики. Статьи для «Энциклопедии» писали и выдающиесяученые того времени, в том числе Вольтер (1694—1778), Руссо(1712—1778) и др.

Первые технические школы и «Энциклопедия» выполнили важнуюзадачу: они свели воедино, систематизировали и сделали всеобщим дос-тоянием знания, навыки и секреты различных ремесел, сложившиеся напротяжении тысячелетий. Практический опыт они преобразовали в зна-ния, практическое обучение — в учебники, секреты — в методологию, аконкретные действия — в прикладные науки. Все это послужило базойдля бурного развития промышленности — глобального процесса преоб-разования общества.

Древнекитайский мыслитель Конфуций (ок. 551—479 до н.э.) утвер-ждал: «Три пути ведут к знанию: путь размышления — это путь самыйблагородный, путь подражания — это самый легкий путь и путь опы-та — это путь самый горький». Вне всяких сомнений, именно так всегдаразвивались знания. Однако, если в начале их развития преобладал бла-городный путь размышления, то в последние столетия определяющимстал путь опыта, эксперимента, практики — самый трудный, но резуль-тативный путь познания окружающего мира, ведущий к развитию есте-ственно-научных знаний, а вместе с ними и специализированных, отрас-левых знаний, для достижения конкретных результатов, полезных нетолько самому человеку, но и обществу и способствующих развитиюобразования. То, что сейчас принято считать истинными знаниями, по-стоянно доказывает свою значимость и проверяется на практике.

15

Знания сегодня — это информация, имеющая практическую цен-ность. В последнее время все чаще говорят о переходе к экономике, осно-ванной на движении не традиционных материальных товаров и ресурсов,а идей и знаний, т.е. информации. Такому переходу способствует разви-тие информационных технологий, благодаря внедрению которых, напри-мер, в США прирост внутреннего валового продукта составил 30%, а объ-ем продаж информационных технологий — около 600 млрд. долларов вгод, и в результате информационная отрасль в этой стране опередилаавиационную и автомобильную промышленность.

Диктуемое временем стремление к узкой специализации, многопред-метность в средней и высшей школах, перенасыщенность учебных про-грамм — все это ведет к тому, что не только учителя и преподаватели, нои их ученики — будущие специалисты разных отраслей, подобно строи-телям Вавилонской башни, перестают понимать друг друга. При этом по-степенно утрачиваются универсальность и широта образования. Избы-точность и излишняя инструктированность информации рождают инфор-мационный хаос, который отвращает от знаний и, в свою очередь, порож-дает невежество. Тогда наступает время, когда, выражаясь словамиписателя М. Е. Салтыкова-Щедрина (1826—1889), «общество, гонимоепаникой, отвращается от знания и ищет спасения в невежестве». С поте-рей универсальности и широты образования теряется возможность быст-ро усвоить новые знания, связанные с новыми научными технологиями,для освоения которых недостаточно только узкоспециализированныхзнаний.

В более явном виде и в более сильной форме стала проявляться обо-собленность естественно-научных и гуманитарных знаний, между нимиобразовалась огромная пропасть, на которую еще в 50-х годах XX в. обра-тил внимание английский писатель Чарлз Сноу (1905—1980). По его мне-нию, общество не может выжить без знаний того дома, в котором оно жи-вет, т.е. без знаний об окружающем мире или, другими словами, без есте-ственно-научных знаний. Однако даже такие знания теряют свою значи-мость, если общество не в состоянии согласовать свои действия иповедение с фундаментальными законами природы и их следствиями,если общество теряет духовно-нравственные ориентиры. Эту мысль мож-но продолжить словами Святейшего Патриарха Московского и всея РусиАлексия II (р. 1929): «Я убежден: как бы ни возросло человечество за про-шедший век в собственных глазах, ему надо вновь сесть за школьнуюпарту. Нужно снова учиться тому, что люди растеряли за годы упоениясобственной силой и гордыней, — учиться смирению, умению аскетиче-ски ограничивать свои желания, послушанию воле Божией, нравственно-му образу жизни. Иначе все достижения науки и техники обратят своюсилу против нас, а Вавилонская башня человеческого могущества падет,

16

погребая своих строителей под обломками. Труднейшей для каждого изнас будет работа не внешняя, а внутренняя. Евангелие советует нам обра-тить взор прежде внутрь самих себя».

К пониманию необходимости целостности современного образова-ния, основанного на знаниях о природе, человеке и обществе, пришлимногие исследователи как в России, так и в других странах. Пришли раз-ными путями и из разных соображений. И предлагают решить проблемупо-разному: одни видят ее решение в гуманитаризации научно-техниче-ского образования, а другие — в необходимости естественно-научныхзнаний для специалистов гуманитарных направлений. При этом те и дру-гие приходят к единому мнению: цель изучения всех дисциплин одна и таже — обеспечить будущность существования человека в биосфере. Од-нако четко обозначенная цель не определяет средства ее достижения.Действительно, объем необходимой для изучения информации чрезвы-чайно большой. Возникает вопрос: как ее изучать? А вслед за ним и дру-гой вопрос: можно ли ее изучить? Оказывается, можно, если воспользо-ваться концептуальным принципом, позволяющим изучать предмет врамках основополагающей идеи и системного подхода. Такой фундамен-тальный принцип образования является не только предметом обсужде-ний, но и руководством к действию: в государственные образовательныестандарты введена новая дисциплина «Концепции современного естест-вознания» для обязательного изучения студентами вузов гуманитарных исоциально-экономических направлений. В некоторых вузах открыты ес-тественно-научные центры и кафедры. В частности, в Государственномуниверситете управления открыта кафедра естествознания, где созданаучебная лаборатория, в которой студенты проходят лабораторный и ком-пьютерный практикумы.

Концептуальный принцип, положенный в основу дисциплины «Кон-цепции современного естествознания», позволяет на уровне основопола-гающих идей и систем взглядов сформировать естественно-научное ми-ровоззрение. Думается, на таком принципе могут быть построены специ-альные научно-технические и гуманитарные дисциплины, что значитель-но облегчит их изучение. Концептуальный подход в изученииестествознания безусловно полезен для студентов не только гуманитар-ных и социально-экономических, но и технических, физико-математиче-ских, медицинских, педагогических и многих других направлений.Включение дисциплины «Концепции современного естествознания» вучебные программы вне всякого сомнения поможет студентам приобре-сти навыки учиться новому, что создаст фундаментальную основу длядальнейшего развития образования: естествознание никого не выбирает,оно освещает истинный путь каждому и каждого делает свободным в ши-роком смысле слова, свободным от неправильных действий и решений.

2 — 3290 1 7

1.2. РОЛЬ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ В ФОРМИРОВАНИИПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ

Многообразие проявлений окружающего нас мира требует глубокогои комплексного восприятия фундаментальных понятий о материи, про-странстве и времени, о добре и зле, о законе и справедливости, о природеповедения человека в обществе. Фундаментальные законы, понятия и за-кономерности отражают не только объективную реальность материаль-ного мира, но и мира социального. К сожалению, прошедший век оставилнемало примеров того, что забвение фундаментальных истин наносило инаносит невосполнимый ущерб природе, живому миру, самому человеку.

Завершился XX век, явивший миру черты новой цивилизации. Чело-век вышел в космос, проник внутрь атомного ядра, освоил новые видыэнергии, создал мощные вычислительные системы, разгадал генетиче-скую природу наследственности, научился использовать в невиданныхмасштабах богатство природы. Однако гораздо менее он преуспел в ра-циональном и бережном отношении к природе и к богатейшим ее ресур-сам.

Что же происходит сейчас, в период интенсивного техногенного раз-вития человечества? По оценкам палеонтологов, за все время эволюциижизни на Земле чередой прошли около 500 млн. видов живых организ-мов. Сейчас их насчитывается примерно 2 млн. Только в результате вы-рубки лесов суммарные потери составляют 4—6 тыс. видов в год. Этоприблизительно в 10 тыс. раз больше естественной скорости их вымира-ния до появления человека. Одновременно наша планета интенсивно по-полняется множеством видов искусственно созданной продукции, ино-гда называемых техногенными видами популяции. Ежегодно произво-дится около 15—20 млн. различных машин, приборов, устройств, строе-ний и т.п., которые образуют своеобразную техногенную сферу.

Новые технологии земледелия не обходятся без гигантского потокахимических веществ. Энергетика стала обязательной спутницей любойразвитой страны. Но она же является и одной из причин нарушения эко-логического равновесия — глобального потепления, вызванного парни-ковым эффектом, что подтверждается не только ежегодным повышениемсредней температуры воздуха, но и ростом уровня Мирового океана на2—3 мм в год. Разрушается озоновый слой, защищающий все живое отчрезмерного ультрафиолетового излучения; во многих регионах нашейпланеты выпадают кислотные осадки, приносящие громадный ущерб жи-вой и неживой природе.

Все это — в значительной степени результат активного вмешательст-ва человека в природу, свидетельство неудовлетворительного состоянияиндустриально-технологической практики, образовательной философии,18

снижения нравственного и духовного уровня человека. Общество факти-чески смирилось с подготовкой специалистов узкого профиля, имеющихограниченный кругозор. Дифференциация и специализация, вроде быдиктуемые логикой научного процесса, в действительности порождаютмногие экологические и социальные проблемы. В такой ситуации ученыеи представители прогрессивной общественности зачастую оказываютсябессильны решить эти проблемы, а также справиться с инстинктом тол-пы, которой руководит чаще всего желание создать удобный, комфорт-ный образ жизни.

Назрела необходимость кардинального пересмотра всей системы зна-ний о мире, человеке и обществе. При этом необходимо осознанно вер-нуться к изучению единого мироустройства, к целостному знанию, но наболее высоком витке его развития. Другими словами, возникла объектив-ная необходимость в повышении роли фундаментальной базы образова-ния, построенной на основе органического единства его естественно-на-учной и гуманитарной составляющих. Человек должен увидеть и осоз-нать свою зависимость от окружающего его мира.

Можно назвать две группы причин, указывающих на необходимостьповышения роли фундаментальной базы образования. Первая группа свя-зана с глобальными проблемами цивилизации, нынешний этап развитиякоторой характеризуется наличием признаков экономического, экологи-ческого, энергетического, информационного кризисов, а также резкимобострением национальных и социальных конфликтов во многих странахмира. Вторая группа причин обусловлена тем, что мировое сообщество впоследние десятилетия ставит в центр системы образования приоритетличности. Формирование широкообразованной личности требует реше-ния ряда взаимосвязанных задач. Во-первых, нужно создать оптималь-ные условия для гармонических связей человека с природой посредствомизучения естественно-научных фундаментальных законов природы.Во-вторых, человек живет в обществе и для его гармоничного существо-вания необходимо погружение в культурную среду через освоение исто-рии, права, экономики, философии и других наук.

Концепцию фундаментального образования впервые отчетливо сфор-мулировал в начале XIX в. немецкий филолог и философ Вильгельм Гум-больдт (1767—1835). В ней подразумевалось, что предметом изучениядолжны быть те фундаментальные знания, которые рождаются на перед-нем рубеже развития науки. Фундаментальное образование должно соче-таться с научными исследованиями. Эта прогрессивная система образо-вания реализована в лучших университетах мира. Важную роль в фунда-ментальном образовании играют естественно-научные знания, которыепомогают будущим специалистам гуманитарных и социально-экономи-ческих направлений расширить кругозор и познакомиться с конкретны-2* 19

ми естественно-научными проблемами, тесно связанными с экономиче-скими, социальными и другими проблемами, от решений которых зави-сит технологический уровень развития общества.

Любой специалист вне зависимости от профиля и специфики его дея-тельности так или иначе рано или поздно касается проблем управления. Аэто означает, что он должен владеть знаниями менеджмента. На первыйвзгляд может показаться, что естествознание — ненужный груз для спе-циалистов управления, экономики, руководителей предприятий и другихподобного рода специалистов. Однако любой специалист, если он истин-ный специалист и прежде всего менеджер или экономист, должен владетьне только законами управления и экономики, но и естественно-научнойсущностью объекта, для которого проводится, например, экономическийанализ. Без знаний естественно-научной сущности анализируемого объ-екта и без понимания естественно-научных основ современных техноло-гий менеджеры, даже владеющие знаниями менеджмента и экономики,не смогут дать квалифицированных рекомендаций по оптимальному ре-шению даже самого простого вопроса, связанного с оценкой, например,экономической эффективности применения различных предлагаемыхтехнологий изготовления какого-либо товара. Ведь каждая технологияхарактеризуется своей спецификой, влияющей на качество выпускаемоготовара, своей материально-технической базой, воздействием на окру-жающую среду и т. п., а это означает, что поставленный вопрос сопряженс решением комплекса задач, включающего и экономические, и социаль-ные, и естественно-научные аспекты. Специалисту, владеющему вопро-сами современного естествознания и теоретическими знаниями управле-ния и экономики, не составит труда решить не только простую зада-чу — составить экономически обоснованный бизнес-план, но и любуюсколь угодно сложную экономическую задачу.

Первую оценку того или иного предложения настоящий руководи-тель любого ранга обычно производит самостоятельно, прежде чем выне-сти окончательное решение. Вероятность того, что оценка будет объек-тивной, а решение единственным и правильным, тем выше, чем ширепрофессиональный кругозор руководителя, что чрезвычайно важно дляпринятия особо ответственных решений, связанных, например, со строи-тельством крупных объектов — мощных электростанций, протяженныхмагистралей и т.п., — которые затрагивают интересы колоссального чис-ла людей, часто и всего государства, а иногда и многих государств. Безвладения естественно-научными основами современных технологий про-изводства электроэнергии вряд ли будет принято решение о строительст-ве такой электростанции, которая наносила бы минимальный ущербприроде и производила бы дешевую энергию. Если руководители и рабо-тающие с ними специалисты вынесут решение без учета естественно-на-20

учных основ энергетики и экологии, то такое некомпетентное решениепозволит построить, например, гидроэлектростанцию на равнинных ре-ках, которые, как сейчас всем понятно, производят не самую дешевуюэнергию, нарушают естественный природный баланс, на восстановлениекоторого требуется гораздо больше энергии, чем ее производят такиеэлектростанции. Подобные некомпетентные решения могут послужитьосновой для строительства атомной электростанции гигантской мощно-сти в регионе, где нет крупных потребителей энергии и где природные ус-ловия позволяют строить совершенно другой тип электростанций, напри-мер гелиоэлектростанцию, мощности которой вполне достаточно для ме-стного потребления, но при этом не возникает проблема передачи элек-троэнергии на большие расстояния другим потребителям, которая влечетза собой неизбежные потери полезной энергии.

С проблемами энергетики и экологии вроде бы все понятно — имидолжен владеть и инженер, и руководитель, и менеджер, и экономист. Азачем им нужны знания, например, о генной технологии. Оказывается,что нужны. Без таких знаний невозможно ни вывести высокопродуктив-ные породы животных, ни вырастить высокоурожайные сорта культур-ных растений, т.е. произвести современные продукты питания, которыенужны всем людям в независимости от сферы их деятельности.

Большинство руководителей в разных отраслях экономики и наукипрямо или косвенно участвуют в распределении финансовых ресурсов.Понятно, что только при правильном, рациональном их распределенииможно ожидать наибольшего экономического либо социального эффек-та. Очевидно также, что оптимальное распределение финансовых ресур-сов способны осуществить специалисты только высокой квалификации,профессиональный уровень которых определяют не только гуманитар-ные, но и естественно-научные знания.

На современном этапе развития науки и естествознания в том числе,особенно в России и странах бывшего СССР, где наука, как и вся эконо-мика, переживает глубокий кризис, распределение финансовых ресурсовдля обеспечения научных исследований и образования играет важнуюроль. При поверхностной, неквалифицированной оценке проблем совре-менной науки выделяемые государством крохотные средства могут пой-ти на исследование ради исследований, на создание многочисленных тео-рий ради теорий, реальная польза от которых весьма сомнительна, напреждевременное строительство крупных экспериментальных устано-вок, требующих колоссальных материальных затрат, и т.п. При такомподходе заслуживающие внимание исследования, чаще всего экспери-ментальные, отличающиеся новизной и практической значимостью, т.е.приносящие реальную пользу и весомый вклад в науку, будут отклады-ваться до лучших времен, что, естественно, будет тормозить развитие не

21

только науки, но и экономики и тем самым сдерживать рост благосостоя-ния народа. Подобный негативный результат следует из недостаточногофинансирования всей системы образования.

Профессиональная целесообразность изучения основ естествознаниякасается в одинаковой мере и юристов. И в этом несложно убедиться.Предположим, что руководитель какого-то предприятия привлечен к от-ветственности за нарушение экологических норм — выброс в атмосферубольших объемов оксидов серы. А они, как известно, являются источни-ком кислотных осадков, губительно влияющих на живую и неживую при-роду. Мера наказания будет зависеть от того, насколько объективно иквалифицированно сделана правовая оценка действий руководителя, асама оценка определяется прежде всего профессиональным кругозоромдающего оценку. Наряду с правовыми знаниями владение последнимидостижениями современных технологий, позволяющими существенносократить выброс в атмосферу многих вредных газов, в том числе и окси-дов серы, несомненно поможет юристу объективно оценить степень на-рушения и причастность к нему тех или иных конкретных лиц. Всесто-ронние знания юриста приведут его к правильному решению и будут спо-собствовать тому, чтобы правонарушения не повторялись. В этом случаеможно считать, что основная цель высококвалифицированной подготов-ки и образования достигнута. «Великая цель образования, — как сказализвестный английский философ и социолог Г. Спенсер (1820—1903), —это не знания, а действия».

Философы всех времен опирались на новейшие достижения науки и,в первую очередь, естествознания. Достижения последнего столетия вфизике, химии, биологии и других отраслях науки позволили по-новомувзглянуть на сложившиеся веками философские представления. «Фило-софия отвлеченная, существующая сама по себе, из себя черпающая своюмудрость, прекращает свое существование», — так утверждал известныйрусский философ Н.А. Бердяев (1874 —1948). Многие философскиеидеи рождались в недрах естествознания, а естествознание в начале раз-вития носило натурфилософский характер. Про такую философию можносказать словами немецкого философа А. Шопенгауэра (1788—1860):«Моя философия не дала мне совершенно никаких доходов, но она изба-вила меня от очень многих трат».

Знание концепций современного естествознания поможет многим,вне зависимости от их профессии, понять и представить, каких матери-альных и интеллектуальных затрат стоят современные исследования, по-зволяющие проникнуть внутрь микромира и освоить внеземное про-странство, какой ценой дается высокое качество изображения современ-ного телевизора, каковы реальные пути совершенствования персональ-ных компьютеров и как чрезвычайно важна проблема сохранения природы,22

которая, как справедливо заметил римский философ и писатель Сенека(ок. 4 до н.э. — 65 н.э.), дает достаточно, чтобы удовлетворить потребно-сти человека.

Человек, обладающий общими концептуальными естественно-науч-ными знаниями, т.е. знаниями о природе, будет действовать непременнотак, чтобы польза как результат его действий всегда сочеталась с береж-ным отношением к природе и с ее сохранением не только для нынешнего,но и для грядущих поколений. Только в этом случае каждый из нас сможетосознанно с благоговением и восторгом повторить замечательные словаН.М. Карамзина (1766—1826): «Нежная матерь Природа! Слава тебе!»

Известный чешский мыслитель и педагог, один из основателей дидак-тики Ян Коменский еще в XVII в. написал «Великую дидактику», высту-пив с лозунгом «Обучать всех, всему, всесторонне» и таким образом тео-ретически обосновал принцип демократизма, энциклопедизма и профес-сионализма в образовании, в котором скрыты многие ценнейшие плодыбудущих «богатых урожаев». Продолжая эту мысль, можно уверенно ут-верждать: только всесторонние естественно-научные знания освобожда-ют человека от необдуманных разрушительных действий и помогают вы-брать благородный путь созидания.

1.3. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ЗНАНИЯИ СФЕРА УПРАВЛЕНИЯ

За все время развития цивилизации знания были, есть и будут фунда-ментальной основой развития общества. Всегда они представляли и пред-ставляют собой действенную силу. Однако функции знаний с течениемвремени менялись: если в древнее время знания в основном служили длясаморазвития познающего, то начиная с XVIII в. знания приобретают всебольше признаков производительной силы и становятся полезными нетолько познающему, но и всему обществу, т.е. проявляют общественныйхарактер. Важнейшая особенность развития современных знаний заклю-чается в том, что они теперь используются для производства самих зна-ний. Поиск наиболее эффективных способов систематического и целена-правленного применения имеющихся знаний (в виде накопленной ин-формации) для получения ожидаемых результатов — это, по сути дела, иесть управление в современном понимании. В настоящее время, как нико-гда, знания необходимы для того, чтобы определить, какие новые знаниянужны, насколько они целесообразны и что следует предпринять для эф-фективного их использования. Именно целенаправленное приложениезнаний определяет радикальное преобразование структуры управленияво всех сферах деятельности человека — от производства товаров широ-кого потребления до управления наукой, образованием и государством.

23

Можно привести немало примеров, когда люди благодаря талантли-вым учителям, наставникам и собственному прилежанию, вооружившисьзнаниями, достигали больших успехов в управлении. «Я чту Аристотелянаравне со своим отцом, так как, если отцу я обязан жизнью, то Аристоте-лю обязан всем, что дает ей цену», — так говорил Александр Македон-ский (356—323 до н.э.). Наставником и затем советником римского импе-ратора Нерона (37—68) был выдающийся философ и писатель Сенека(ок. 4 до н.э. — 65 н.э.). Российского царя Александра II (1818—1881)воспитывал известный мыслитель и поэт Василий Жуковский (1783—1852).Благородный и трудный путь управления государством РоссийскимПетр I (1672—1725) прокладывал, опираясь на собственные знания иумения, на развитие науки российской и фундаментальное образование.Именно такое управление пробудило великую Россию от долгого сред-невекового сна.

Среди многочисленных отраслей знаний естественно-научные зна-ния — знания о природе — отличает ряд важнейших особенностей: пре-жде всего их практическая значимость и полезность (на их основе созда-ются различные производственные технологии), естественно-научныезнания дают целостное представление о природе, неотъемлемой частьюкоторой является сам человек. Они расширяют кругозор и служат основ-ной базой для изучения и усвоения всего нового, необходимого каждомучеловеку для управления не только своей деятельностью, но и производ-ством, группой людей, обществом, государством. Долгое время естест-венно-научные знания соотносились преимущественно со сферой бытия,сферой существования человека. С течением времени они превратились всферу действий. Если в прежние времена знания рассматривались какпреимущественно частный товар, то теперь они представляют собой то-вар общественный.

Естественно-научные знания, как и другие виды знаний, существенноотличаются от денежных, природных, трудовых и других ресурсов. Всечаще их называют интеллектуальным капиталом, общественным благом.Знания не убывают по мере их использования, и они неотчуждаемы: при-обретение одним человеком некоторых знаний никак не мешает приобре-тению тех же знаний другим людям, чего не скажешь, например, о куп-ленной паре обуви. Знания, воплощенные в книге, стоят одинаково, неза-висимо от того, сколько человек ее прочтет. Конечно, один и тот же эк-земпляр книги не могут купить одновременно многие покупатели, истоимость издания зависит от тиража. Однако эти экономические факто-ры относятся к материальному носителю знаний — книге, а не к самимзнаниям.

Вследствие своей нематериальности знания в виде информации обре-тают качество долговечности и для их распространения не существует24

границ. Выдающийся французский писатель и мыслитель Виктор Гюго(1802—1885) писал: «В виде печатного слова мысль стала долговечной,как никогда: она крылата, неуловима, неистребима. Она сливается с воз-духом. Во время