Основные компоненты естествознания как системы естественных наук

Естествознание — это наука о природе как единой целостности, представляющая собой единую систему знаний, компоненты которой — естественные науки, тесно связаны и взаимообусловлены.

В настоящее время спектр научных исследований в естествознании необыкновенно широк. В систему естественных наук, помимо основных естественных наук: физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, включают междисциплинарные науки, стоящие на стыке нескольких традиционных наук (биофизику, биохимию, геофизику, астрофизику, геохимию и т. д.) и даже науки, стоящие на стыке между естественными и гуманитарными дисциплинами, например, психологию.

Астрономия (от греч. astron — звезда и nomos — закон) означает — изучение звезд. Астрономия — наука о строении и развитии космических тел и их систем. Эта классическая наука переживает в XX в. и в XXI в. свою вторую молодость в связи с бурным развитием техники (телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т. п.) наблюдений — основного своего метода исследований. В астрономии исследуются радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и гамма-лучи. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.

Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика — часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. Значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной, на изучение состояния вещества и физических процессов, идущих на разных, включая наиболее ранние, стадиях расширения Вселенной.

Одна из наиболее древних и фундаментальных наук — физика. В буквальном переводе с греческого слово physis означает «природа». Стало быть, физика — наука о природе.

Структура современной физики

Виды процессов Уровень Движение (гравитация) Тепловые процессы макро Классическая механика Термодинамика, синергетика макро Квантовая механика Физика элементарных частиц микро Релятивистская физика Астрофизика мега Физика — главная из естественных наук, поскольку она открывает истины о соотношении нескольких основных переменных, справедливые для всей Вселенной. Законы физики лежат в основании научного постижения действительности. Законы физики — «кирпичики» познания. «Кирпичиками» познания законы физики являются не только потому, что в них используются некоторые основные и универсальные переменные и постоянные, действующие во всей Вселенной, но также и потому, что в науке действует принцип редукционизма, согласно которому все законы развития сложных уровней реальности должны быть сводимы к законам более простых уровней.

Для большинства людей представляет большую сложность разделить предметы исследования физики и химии. Физика — наука о неживой природе. Но и химия тоже. Трудность здесь связана с тем, что химия изучает один из уровней организации материи, который находится между двумя уровнями, изучаемыми физикой. Физика исследует уровень макровещества, но она же изучает и атомы. Когда в XVII в. возникла химия, то предполагалось, что она будет изучать все то, что относится к микромиру. Атомная физика, однако, начав в XX в. исследовать процессы, протекающие в микромире, оставила и более глубокие уровни организации материи за физикой.

Химии пришлось довольствоваться единственным уровнем, которым она занималась изначально, — молекулярным. Химия изучает процессы превращения молекул и воздействия на них внешних факторов (тепла, света, физических полей и т. п.). Химия изучает также связи между атомами, входящими в состав молекул (так называемые химические связи). Создание квантовой механики привело к развитию квантовой химии, в которой вводится представление об электронном облаке. Рентгеноструктурный анализ, спектроскопические методы и метод ядерного магнитного резонанса позволили в XX в. определить строение огромного числа молекул, что имело не только важное теоретическое, но и практическое значение.

Важной заслугой химии является то, что она показала большое значение структуры для свойств вещества и ее относительную самостоятельность. Большое значение в химии XX в. имело изучение катализаторов — веществ, которые изменяют скорость реакций, но не входят в состав их конечного продукта. Катализаторы имеют огромное значение для процессов, происходящих в живых организмах. Примером катализаторов является хлорофилл — соединение в живой ткани зеленого листа, благодаря которому происходит процесс фотосинтеза. Выдающимся достижением химии явилось то, что она открыла так называемые цепные реакции еще до того, как в физике был обнаружен радиоактивный распад.

Биохимия изучает химические реакции, происходящие в живых организмах, химический состав живых организмов и клеток. Эта промежуточная между биологией и химией наука получила развитие именно в XX в. Биохимия стремится объяснить функционирование живых тел на молекулярном уровне, поэтому говорят также о молекулярной биологии. Биохимия изучает роль химических элементов и веществ, таких как вода, в создании и функционировании живого. Биохимию называют химией живых организмов. Она является фундаментом для физиологии и выполняет объяснительную роль для всех биологических процессов. Биохимия изучает такие важные соединения, как аминокислоты и белки, макромолекулы которых содержат до 1000 аминокислот. Биогеохимия изучает распространение химических элементов по поверхности Земли под влиянием живых организмов. Это пример пограничной науки, которая состоит из трех наук — биологии, химии и геологии. Основоположником биогеохимии стал выдающийся русский ученый XX в. В. И. Вернадский.

Биология рассматривает свойства живых систем, уровни их организации, дает систематику живой природы. В ней рассматриваются закономерности биологической эволюции, современное понимание сущности жизни и ее происхождения на Земле, излагаются с общих позиций основы генетики, генной инженерии и биоэтики. Особое внимание уделяется учению Вернадского о биосфере — глобальном уровне организации живой природы.

Генетика — область биологии, изучающая наследственность и изменчивость — универсальные свойства живых организмов, реализуемые при передаче генетической информации от родителей к потомкам.

В физиологии анализируются современные представления о взаимосвязи сознания и мозга, роли сознательного и бессознательного в жизни человека, а также о здоровье и работоспособности человека как комплексной научной и социально-практической проблеме.

Особая роль в естествознании принадлежит математике. Это обусловлена тем, что она является всеобщим универсальным языком для различных естественных наук, пронизывает все основные стадии современного естественнонаучного процесса познания, такие как: сбор и обработка количественной информации; формулировка законов в строгой математической форме; построение математического аппарата; моделирование природных процессов и явлений.

По мере своего развития естествознание, начиная с простого счета и всевозможных измерений, в дальнейшем использует все более совершенный математический арсенал высшей математики: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, теорию вероятностей и математическую статистику и т. д. Математика — это тот цемент, который связывает воедино науки, входящие в естествознание и позволяет взглянуть на него как целостную науку.