Математика и окружающая среда - Методология научного исследования в естествознании
Повсюду нас окружают движение, переменные величины и их взаимо-связи. Различные виды движения и их закономерности составляют основной объект изучения конкретных наук: физики, геологии, биологии, социологии и других. Поэтому точный язык и соответствующие методы описания и изуче-ния переменных величин оказались необходимыми во всех областях знания примерно в той же степени, в какой числа и арифметика необходимы при описании количественных соотношений. Математический анализ составляет основу языка и математических методов описания переменных величин и их взаимосвязей. В наши дни без математического анализа невозможно не толь-ко рассчитать космические траектории, работу ядерных реакторов, бег океанской волны и закономерности развития циклона, но и экономично управлять производством, распределением ресурсов, организацией технологических процессов, прогнозировать течение химических реакций или изменение чис-ленности различных взаимосвязанных в природе видов животных и растений, потому что все это - динамические процессы.
Одно из наиболее интересных применений современной математики называется теорией катастроф. Ее создатель - один из выдающихся математиков мира Рене Том. Теория Тома - по сути, математическая теория процессов со "скачками". В ней показано, что возникновение "скачков" в непрерывных системах можно описать математически и изменения вида можно предсказать качественно. Модели, строящиеся на основе теории катастроф, уже привели к полезному проникновению в суть множества случаев из реальной жизни: в физику (примером может служить разрушение волн на воде), физиологию (действие сердечных сокращений или нервных импульсов) и социальные науки. Перспективы применения этой теории, вероятнее всего в биологии, огромны.
Математика дала возможность заниматься и другими практическими вопросами, которые требовали не только применения уже имеющихся мате-матических средств, но и развития самой математической науки.
Построены новые математические науки, позволившие открыть неиз-вестные ранее объекты математического познания; достигнута огромная гиб-кость математических понятий и методов исследования, способных охватить все многообразие проблем естествознания, технических и социальных дис-циплин. Математика превратилась в необходимое орудие сознания, без кото-рого многие естествоиспытатели не мыслят себе саму возможность развития их областей знания.
Датский физик Нильс Бор говорит, что математика является значительно большим, чем наука, поскольку она является языком науки. И действительно, математика стала для многих отраслей знания не только орудием ко-личественного расчета, но также методом точного исследования и средством предельно четкой формулировки понятий и проблем. Каждому ясно, что без современной математики, с ее развитым логическим и вычислительным аппа-ратом, был бы невозможен прогресс физики, инженерного дела и организации производства, так и остались бы нерешенными многие принципиальные проблемы авиации и космонавтики, метеорологии и радиотехники. В наши дни без предварительных расчетов на заводе не начнут производство ни одной сложной машины, не станут модернизировать технологический процесс. С развитием науки возросло количество экспериментальных исследований. В связи с этим потребовалась разработка математической теории эксперимента, позволяющей так организовать наблюдения, чтобы при минимальном их числе получать максимальное количество информации об интересующем нас явлении или процессе. Роль математики в современном познании, современной практической деятельности так велика, что наше время называют эпохой математизации знаний.
Современная наука далеко продвинулась по пути изучения явлений макро - и микромира. Совершены полеты в космос, и в их осуществлении ма-тематика занимает почетное место. Расчет конструкций ракет, траекторий движения, построение моделей бомбардировки поверхности ракеты метеори-тами и метеоритной пылью - это лишь малая часть тех отраслей естествознания и техники, где широко и по существу дела использовалась математика. Достаточно много говорит и тот факт, что о существовании ряда элементарных частиц удалось узнать не опытным путем, а из результатов математических расчетов.
В последние годы математика используется при решении задач, которые касаются нас самым непосредственным образом. Нам далеко не безразлично, насколько чист воздух, которым мы дышим, и каковы капризы погоды. Мы озабочены качеством воды. Нас тревожит вопрос, сможет ли земля и в дальнейшем служить источником пищи и сырья. Мы зависим от топлива, которое необходимо для обогрева жилищ и эксплуатации средств передви-жения. Мы хотим быть здоровыми, жить в нормальных условиях и в гармо-нии с окружающим нас растительным и животным миром. Вся совокупность этих понятий и подразумевается под словами "окружающая среда". В решении проблем окружающей среды огромная роль принадлежит математике. Для решения проблем окружающей среды математика полезна уже тем, что позволяет исследователям точно считать, то есть помогает им в обработке результатов наблюдений. Но еще большую пользу математика приносит тем, что дает некий способ "суммирования", с помощью которого огромное число данных, полученных учеными в лабораториях, можно обработать так, что в результате будет получена ценная информация об окружающем нас мире.
Математика не замыкается в рамках собственных интересов. Она нахо-дится в постоянном контакте с науками, описательными и эксперименталь-ными. Благодаря способности придавать знаниям количественный характер, систематизировать их, она позволяет применять эти знания к явлениям, кото-рые протекают в масштабах гораздо больших, чем масштабы лабораторных установок.
Известно, что картина природы меняется день ото дня и год от года. Почему сезонный ход погоды не одинаков каждый год? Для ответа на этот вопрос потребовались многолетние совместные усилия физиков и математи-ков. В этих исследованиях математика сыграла ведущую роль, обнаружив ряд типов неустойчивости, связанных с неравномерностью прогревания ат-мосферы. Используя математический метод можно предсказать прогноз по-годы, где определяются плотность воздуха, скорость движения облаков, масштаб, вес паров и т. д.
Математикой пользуются при эксплуатации рек, а также для решения проблем загрязнения воды и воздуха, охраны морского побережья от угроз, которые создает "большое море" в виде необычных волн и необычных при-ливов. Морские волны рассматриваются с давних пор в математике. Инже-нерное проектирование нефтедобывающих площадок базируется на математической оценке максимальной волновой нагрузки на конструкцию. Точно также и проектируются корабли, чтобы они могли противостоять исклю-чительно бурному морю.
Огромное значение имеет математика в геологоразведке. Люди исследуют землю в поисках пахотной земли, мест для жилья, источников сырья, топлива и получения металлов, удобных транспортных путей. Нужна точность определения формы земной поверхности. Нужны топографические карты, нужна точная система опорных точек, применяемых картографами, и здесь не обходится без математики.
Похожие статьи
-
Прикладная математика - Методология научного исследования в естествознании
Астрономы и физики раньше других поняли, что математические методы для них не только способы вычисления, но и один из основных путей проникновения в...
-
Математика представляет собой науку, расположенную как бы на границах естествознания. Вследствие этого ее иногда рассматривают в рамках концепций...
-
Понятие "метод" (от греч. "методос" -- путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения...
-
Не существует таких явлений природы, технических или социальных процессов, которые были бы предметом изучения математики, но при этом не относились бы к...
-
Общенаучные методы исследования - Методология научного исследования в естествознании
Процесс познания как основа любого научного исследования представляет собой сложный диалектический процесс постепенного воспроизведения в сознании...
-
Рассматривая научно-исследовательскую работу, можно выделить фунда-ментальные и прикладные исследования, а также опытно-конструкторские разработки....
-
Важной закономерностью развития науки принято считать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания. Современную науку недаром называют...
-
Научное познание: структура и методы - Естествознание - единая наука о природе
Структура научного познания Понятие метода и методологии (и границы научного метода) Классификация методов научного познания Главное назначение научной...
-
Говоря о состоянии цивилизации, необходимо различать понятия "кризис", "катастрофа" и "коллапс". Кризис означает переломный момент, решительный исход, т....
-
До середины 80-х гг. не выделялось такое важное направление, как политологическое. Даже Реймерс в своей книге "Надежды на выживание человечества....
-
Современная наука включает в себя естественные, общественные и технические науки. Глобальные процессы, требующие своего междисциплинарного осмысления,...
-
Современная научная картина мира и ее отличие от ненаучных картин мира - Научная картина мира
Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. Однако в последние десятилетия...
-
Естествознание на современном этапе - Естествознание - единая наука о природе
(современное естествознание) Современная наука ведет свой отчет с 10-20-х гг. ХХ в. Для нее характерна ассоциация математических, гуманитарных и...
-
Глобалистика - система научных знаний о генезисе и современном состоянии глобальных проблем, и о возможных путях их решения. Глобалистика -...
-
Земля - уникальная планета, она находится на единственно возможном расстоянии от Солнца, которое определяет такую температуру поверхности Земли, при...
-
Влияние внешней среды происходит через совокупность внутренних условий, относящихся к его индивидуальным особенностям. Из среды ребенок черпает для...
-
Появление в научной литературе интереса к глобальным проблемам было связано с тем, что глобальные исследования касались единого процесса, происходящего...
-
Представления о биосфере - еще с 17 (Бюффон, Вик Дазир, Ламарк "Гидрогеология" (1802), Гумбольдт "Космос" (1845-1862). Зюсс "Лик Земли" (1875): биосфера...
-
ФАО - специализированная продовольственная и с/х организация ООН (1945)(180 членов и ЕС). Формы деятельности: сбор инфо с целью раннего предупреждения...
-
Сущность мировой продовольственной проблемы раскрывается через противоречия между исторически складывающимися социально-экономическими и политическими...
-
С позиции самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьезных...
-
Экологический кризис - это выражение конфликта между природопреобразующей деятельностью человеческого общества и процессами, которые регулируют...
-
Для Республики Казахстан развитие биотехнологии является одним из приоритетов научно-технической политики. В соответствии с Стратегией...
-
Если в эпоху палеолита потребовалось 30 тыс. лет для удвоения населения мира, то к началу нашей эры удвоение происходило уже за 1 тыс. лет, к середине 19...
-
Слово "естествознание"- (естество - природа) означает знание о природе или природоведение. Последнее слово происходит от общеславянского термина "веды" -...
-
Мониторинг в биологических исследованиях - Аналогия и моделирование в биологических исследованиях
В исследованиях состояния природы применяется мониторинг (лат. Monitor - "предостерегающий") - многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и...
-
Заключение - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Говоря о закономерностях и особенностях развития современного естествознания как целостной науки о природе, отметим следующие моменты: Во-первых,...
-
Естествознание и образование - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Еще в древности было известно, что чем больше сфера знания, то тем еще больше сфера незнания. Вот почему важно разобраться в структуре запаса информации...
-
Все сферы обществ. жизни влияют на мировую политику, глобальные процессы. Формируется глобальное политическое пространство как сфера протекания...
-
В гносеологическом плане глобальные проблемы рассматриваются как теоретическое определение задач, вытекающих из фиксируемых назревших противоречий...
-
Школа социологов 1920-х гг. , когда возникла необходимость учета специфики воздействия урбанизированной среды на жизнь людей (Парк, Берджесс). С. э....
-
Система методов технических медицинских исследований - Научные основы приборостроение в медицине
Инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокупность приборов, аппаратов, систем, комплексов и приспособлений к...
-
Особенности современного мирового развития во многом определяются характером НТП. Последний развивается в соответствии с тремя типами логики: 1)...
-
Глобализация и модернизация - процессы социальной трансформации: г. - новый всемирный процесс социальной трансформации, м. незападных стран - локальный...
-
Политика проникла во все сферы жизнед. общ-ва и приобрела общепланетарный хар-р. Политика выступает как сфера общ. жизни, как одиг из видов активности...
-
Глобальное моделирование - научное направление, сформированное в результате построения глобальных моделей, и исследование их с помощью различных...
-
Альтруизм в отношении со своими соплеменниками - Естествознание - единая наука о природе
Слияние отдельных групп в более крупные объединения для выполнения ряда важнейших функций: охрана, охота, земледелие, то есть формирования общественных...
-
Взаимосвязь общей научной и естественнонаучной картин мира - Научная картина мира
Научный картина мир естественнонаучный Важнейшие концепции естествознания служат основой научных представлений об общей картине природы, поскольку в них...
-
Заключение - Этические принципы научных исследований
Содержание нашей работы показывает, что естествознание представляет собой весьма разветвленную область научного знания, затрагивающего широкий спектр...
-
Правовое регулирование - Этические принципы научных исследований
Этический комитет - это структура, включающая специалистов в той области, в которой проводятся исследования, причем они не должны иметь общих интересов с...
Математика и окружающая среда - Методология научного исследования в естествознании