Роль моделей мови у природничих науках

Роль моделей у природних науках

Любимов Р. А.

Познание навколишнього світу — його будівлі, законів розвитку — завжди був привабливо в людини. Ця привабливість багато в чому (а то й повністю) пов’язані з релігійними уявленнями людини, його природною потребою зрозуміти своє місце у цій світу і мета свого існування.

Начиная з певного моменту історії людства, прагнення до пізнання зовнішнього світу — як твори Божого одержало додатковий стимул, — людина усвідомила, що, пізнавши закони функціонування та розвитку світу, він зможе проводити це розвиток в вигідному собі напрямі, і отримувати користь від цього знания.

Систематизация і узагальнення знань і поглядів на навколишній світ, які є результатом спостережень, спеціальних дослідів чи логічних висновків, є предмет математично-природничої грамотності. У різних природних науках превалює або емпіричний (спостережний) компонент (біологія), або логічний компонент (математика).

Познание зовнішнього світу у який — то галузі природних наук починається з накопичення та узагальнення досвідчених даних про деякому колі явищ. Результати цієї роботи формулюються як співвідношень між фізичними величинами. Ці співвідношення у фізиці часто називається законами (закон всесвітнього тяжіння Ньютона, закон індукції, закон Бойля — Мариотта тощо. буд.). Ці закони, зазвичай, встановлюються у деяких найпростіших ситуаціях (взаємодія двох матеріальних тіл, розміри яких набагато меншою, ніж відстань з-поміж них; дослідження величини струму, виникає у замкненому контурі, зміні магнітного потоку в контурі; дослідження зв’язок між тиском в газі та її обсягом при повільному зміні обсягу газу стаціонарних умовах тощо.). Узагальнення фізичних законів на ширшу область умов, ніж те, у якій було встановлено, відбувається з урахуванням логічних узагальнень і, зазвичай, спирається на цілий ряд інтуїтивних міркувань. У цьому формулюються загальні фізичні і математичні модели.

Понятие моделі у природних науках передбачає сукупність уявлень, понять чи висновків, які в свідомості пов’язуються з аналізованим явищем і дозволяє як пояснити спостережувані факти, а й прогнозувати их.

Модель явищ то, можливо математичної, т. е. утримувати сукупність рівнянь, вирішення яких описують аналізований коло явищ (приклад такої моделі - модель Максвелла електромагнітного поля).

Модель то, можливо логічного, встановлює логічний послідовність фактів, властивих деякому колу явищ (сюди належить, наприклад, модель еволюційного розвитку живої природы).

Модель то, можливо фізичної, коли до пояснень якогоабо явища залучається деяка сукупність фізичних уявлень. Сюди відносяться, наприклад, молекулярна модель поширення тепла, хвилева модель поширення світла, і т. д.

В як приклад побудови моделей розглянемо теорію електрики. Закон Кулона про взаємодії двох електричних зарядів і чималі досвідчені факти, накопичені для дослідження взаємодії зарядів і заряджених тіл, дозволили Фарадею запровадити поняття електричного поля, який володіє властивістю потенційності, і дати формули до розрахунку напруженості електричного поля була в найпростіших стаціонарних умовах. Модель електричного поля, введена Фарадеем, виявилася зручною, та її застосування дозволило пояснити з єдиних позицій багато відомих тоді досвідчені факты.

Аналогичным чином було введена модель магнітного поля, яка спиралася на досліди силовим взаємодії токов.

Однако, обидві ці моделі, попри її змістовність, було неможливо описувати електромагнітні явища в нестаціонарних умовах. Це було вирішена Максвеллом, яка вибудувала модель електромагнітного поля, фізичне зміст якої описується рівняннями Максвелла.

Обобщения, зроблені Максвеллом, багато в чому виникли з його інтуїції (так би мовити, зроблено руками). Їх фізичне тлумачення було випущено пізніше. Однак це модель виявилася настільки вдалою, що які вже 150 років вона із успіхом використовується, і зазнала удосконалень, попри гігантське розвиток науки.

Модель електромагнітного поля належить до класу моделей, які описують властивості різних матеріальних середовищ та (модель гравітаційного поля, модель ідеальної рідини чи пластичного тіла т. буд.). Ці моделі у залежність від конкретизації які входять у них функцій, що відбивають фізичні властивості матеріальних тіл, і навіть граничних і початкових умов, можуть описувати ті чи інші фізичні ситуації. А до того класу моделей належить еволюційна модель розвитку тваринного світу. Поруч із такими загальними моделями у науці використовуються моделі тієї чи іншої явища, які виходять шляхом спрощення загальних моделей з допомогою зневаги поруч їх властивостей, несуттєвих для аналізованого явища чи спрощення постановки це завдання. До цього класу моделей можна отнести:

— чрезвычайно змістовну модель матеріальної точки (спрощення властивостей тіла). Моделювання тіл точкою, яка має масою тіла, успішно використовують як для описи гігантських об'єктівпланет, так описи молекул газу тих випадках, коли відстань між тілами значно перевищує їх размеры;

— модель обтікання крила однорідним потоком (спрощення постановки завдання). Ця модель орієнтована на дослідження завдань аеродинаміки у випадках, коли характерний розмір тіла набагато меншою характерного розміру неоднорідності властивостей обтекающего тіла потока;

— модель одномірного потоку в трубі, коли замість реального тривимірного течії в трубі розглядається перебіг від однорідним розподілом параметрів в перетині труби тощо. буд. тощо. д.

Построение моделі тієї чи іншої явища досить простий щодо можливості проведення розрахунків, але зберігає основні цікаві для нашій цьому дослідженні чи розрахунку властивості явища, є мистецтво, заснований на досвіді та інтуїції ученого.

Процесс пізнання зовнішнього світу спирається на дані досвіду, узагальнення цього досвіду й розробку його основі фізичних і математичних моделей тих чи інших явищ і дослідження властивостей запропонованих моделей. Причому часто суттєві наукові відкриття робляться саме у останньому етапі цього процесу (для дослідження моделей).

Отсюда слід важливий висновок у тому, що діти наші знання і набутий ставлення до навколишній світ будуть завжди обмежені, оскільки вони за суті спираються на обмежений число досвідчених фактів, доступних людству поки що його розвитку, і вивчення властивостей прийнятих нами моделей, явищ зовнішнього світу. Можливості моделей обмежені їх властивостями, якими вони за суті «наділені «у процесі їх розробки. Тому, за вивченні якогоабо явища результати дослідження властивостей моделей безупинно порівнюються з досвідченими фактами. При виникненні протиріч між результати аналізу і досвідченими фактами моделі вдосконалюються з допомогою обліку у межах моделі нових фізичних явищ, які учений передбачає «відповідальними «за чи іншого ефект. Нерідко такі протиріччя призводять до повної зміні моделі (наприклад, заміну моделі теплорода на молекулярну модель теоретично поширення тепла). Однією з прикладів розвитку і вдосконалення моделі є перехід від механіки Ньютона до спеціальної теорії відносності і далі до спільної теорії относительности.

Обратим увагу тут не те що процесі вдосконалювання і перетворення моделей істотну роль грає громадську думку і інерція у поданнях людей. Причому, часто вирішальним стає думка учених, а думку пануючій ідеології. Прикладів такого впливу можна багато знайти у історії розвитку радянської науки. Нині щось схоже з еволюційної моделлю розвитку світу. Сьогодні з одного боку відомі вже численні факти, які неможливо пояснити у межах моделі еволюційного розвитку, з іншого боку, не отримані незаперечні археологічні дані, покликані затвердити цю модель. Проте, наукова дискусія про «ролі «еволюційної моделі іде під спудом і розвивається природним науковим чином, з — за опору людей, які дотримуються усталеної зручною погляду.

Удачно «сконструйовані «моделі як описують широке коло можна побачити фактів, але мають також предсказательной силою (передбачення — саме з дослідження моделей). Прикладів предсказательной сили моделей в природних науках нескінченно багато (пророцтво існування планети Плутона, пророцтво нових елементів з урахуванням таблиці Менделєєва, пророцтво обмеженості швидкості світла, і т. д.).

Если говорити, у загальному, усі діючі машини та устрою ілюструють предсказательную силу механічних моделей. Несуперечність наших уявлень про світ свідчить про те саме. Але розмаїття цих прикладів на повинен затіняти у свідомості того основного факту, всі ці висновки було з допомогою моделей явищ зовнішнього світу. Тому, попри разючі успіхи математично-природничої грамотності розуміння зовнішнього світу, ми можемо розраховувати пізнати його кінця, адже ми самі є частиною отого світу і виконуємо обмежені функції, запропоновані нам його Творцом.

Чтобы підкреслити обмеженість наших знань, зазначимо, що сьогодні ми маємо в розпорядженні моделей, з допомогою яких можна було зрозуміти і описати досить поширені явища. Наведемо два приклади з різних галузей науки.

Всем відомо явище, зване «кульової блискавкою ». Кульова блискавка багаторазово спостерігалася, є її фотографії і опис її властивостей очевидцями. Є маса моделей різного рівня складності, які описують деякі риси цього явища. Попри це, фізична сутність кульової блискавки сьогодні невідома.

В ролі другого прикладу розглянемо рух спеціальних «ресничек », покриваючих внутрішні стінки дихальних шляхів людини. Реснички представляють собою вирости спеціальних клітин. Їх довжина близько 20 мікрон і діаметр близько 1,5 мікрона. Вони роблять впорядковані руху на вигляді хвиль лежить на поверхні шару ресничек. Основна фізіологічна завдання, виконувана ресничками, — здійснення транспорту слизу і сторонніх тіл вздовж дихальних колій та їх видалення з дихального тракту. Механізм «управління «рухом цих мільйонів ресничек, який би їх упорядкований рух і залежність інтенсивності цього процесу, від кількості слизу чи ваги сторонніх частинок, в час невідомий. У цьому вся прикладі у «учасників руху «відсутня інтелект, відсутні нервові сигнали, не змінюється їх електричний потенціал тощо. Повидимому, взаємодія здійснюється через зовнішню рідку середу, але моделі такої взаємодії сьогодні відсутні, і навіть підходів до її разработке.

В наукової діяльності на що така незрозумілі факти дивляться, як певний «виклик «науці, і вірять, що вдосконалення моделей чи виявлення нових явищ чи ефектів дозволить дати пояснення цих фактів. При викладанні або за популяризації науки про такі факти воліють помовчати, оскільки не хоче підривати ставлення до всесильности людського разума.

Наряду з цим відомий ряд незрозумілих фактів, сутнісно що з таємницею Божественного Твори. Ці факти ми називаємо чудесами (наприклад, поява зображення на Плащаниці Христове вони Христа, загадкові властивості крові святого Януария, мироточення ікон, нарешті, властивості святої води та ін.). Віруючі люди сприймають дива як дива і поклоняються їм, як явищам, що з Божественним Промислом. З іншого боку, вчені прагнуть поринути у таємницю чудес і намагається пояснити їх у базі сучасних наукових представлений.

Итак, з допомогою моделей, створених людиною, ми намагаємося пізнати таємниці Божественного Твори, закони буття й розвитку зовнішнього світу. У цьому шляху нам відкривається прекрасна картина навколишнього нас світу, дивовижна зі своєї до краси і «розумності «. Людське свідомість часто стає у глухий кут перед досконалістю форм і явищ, можна побачити у світі і осмысливаемых сучасної наукою. Виявлення таких незрозумілих фактів всякий раз дає зрозуміти, що пізнання завжди обмежиться рамками моделей, і, тому, успіхи розвитку науки витратило не повинні формувати в людях ставлення до всесильности людського разума.

Мы бачимо, що мотивація наукової діяльності лежать у області релігійних устремлінь человека.

Разработка основного апарату науки — моделей явищ — спирається на світогляд вченого, його спектаклі про навколишній світ. Тому будь-яка серйозна наука абсолютно не віддільна від релігії (якщо хочете матеріалізм, атеїзм тощо. — це теж релігії) й оприлюднять висновки вченого, хоче того чи ні, завжди пов’язані з його релігійними і світоглядними уявленнями. Сама наукова мотивація пов’язані з вірою у те, пізнання явища можливо. Питання, наскільки ті чи інші світоглядні уявлення вченого впливають з його наукові здобутки, дуже важливий. Тут звісно щодо тому, що віруючий чи не вірує вчені будуть отримувати різні дані щодо одного й тому самому досвіді, йдеться про тому, яких висновків робить вчений з аналізу свої моделі, та щодо соціального значенні цих выводов.

Отсюда слід, як і процес навчання нерозривно може бути пов’язані з духовноморальним вихованням і паралельно відпрацюванням світогляду школяра, якщо ми хочемо виховати у процесі навчання активну, творчу особистість, реалізуючу свій потенціал в інтересах людини й человечеству.

Для такого духовно-морального виховання потрібна світоглядна основа, якої володіє, і прагне передати учням учитель.

Ясно, що така світоглядної основою може бути прагматичне, що культивуються у країнах, і навіть сьогоднішні спроби виховати у людині почуття залежності його добробуту від деякою «удачи».

С з іншого боку, Росія століттями жила на світоглядної основі Православ’я. На основі розвивалася велика російська культура і зокрема, російська наука, яка зробила колосальний внесок у світову науку.

К жалю, сьогодні бачити повернення духовно-морального виховання школярів на цю світоглядну основу зустрічає спротив з боку керівництва нашим образованием.

Не зупиняючись на мотивації чи обставин, що призводять до опору поверненню православного світогляду у суспільстві, підкреслимо, що саме це світогляд може стати основою виховання людей, відчувають перед Творцем за вчинки; людей, котрим вищим ідеалом є служіння своєму Батьківщині, людей, котрим існують нездоланні моральні норми та обмеження вплинув на вибір свого трудового чи іншого діяльності. Зокрема, люди, котрі займаються наукою й утворенням, повинні бути вироблені необхідні жорсткі норми та обмеження на області наукового дослідження, якими можуть займатися журналістською й заняття якими аморально (роботи, які ведуть екологічних катастроф, до створення коштів масового смерті, до створення методів психічного впливу, клонування і т. д.).

Сегодня, коли наука і досягли нечуваних можливостей, питання вихованні правильного, християнського ставлення до досягненням науки має дуже важливе значення. І поза тим, яке покоління ми виховаємо у сенсі залежить саме існування нашої цивілізації.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.