Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания - файл n1.doc

приобрести
Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания
скачать (5674.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5675kb.24.08.2012 03:56скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Опыт и наблюдение таковы величайшие источники мудрости, доступ к которым открыт для каждого человека.

У. Чэнинг

2.1. Структура научного познания

Научное познание — это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности и, как правило, апробированное (доказанное) практикой. Естественно-научное познание структурно состоит из эмпирического и теоретического направлений научного исследования (рис. 2.1). Отправной точкой любого из этих направлений научного исследования является получение научного, эмпирического факта.

Главным в эмпирическом направлении исследования в некоторых областях естествознания является наблюдение. Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Следующей структурой эмпирического направления познания является научный эксперимент. Эксперимент — это научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия. Отличительной особенностью научного эксперимента является то, что его способен воспроизвести каждый исследователь в любое время. Найти аналогии в различиях — необходимый этап научного исследования. Эксперимент может быть проведен на

26



моделях, т. е. на телах, размеры и масса которых пропорционально изменены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел. Возможно проведение мысленного эксперимента, т. е. представить себе тела, которых вообще не существует в реальности, и провести над ними эксперимент в уме. В современной науке надо проводить и идеализированные эксперименты, т. е. мысленные эксперименты с применением идеализаций. На основании эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения.

На теоретическом уровне познания помимо эмпирических фактов требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других разделов науки. Понятие есть мысль, отражающая предметы и явления в их общих и существенных чертах, свойствах сокращенно, концентрированно (например, материя, движение, масса, скорость, энергия, растение, животное, человек и др.).

27

Важным способом теоретического уровня исследования является выдвижение гипотез. Гипотеза — это особого рода научное предположение о непосредственно наблюдаемых или вообще неизвестных формах связи явлений или причинах, производящих эти явления. Гипотеза как предположение выдвигается для объяснения фактов, которые не укладываются в имеющиеся законы и теории. Она выражает прежде всего процесс становления знания, в теории же в большей степени фиксируется достигнутый этап в развитии науки. При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и некоторые методологические принципы, получившие название критериев простоты, красоты, экономии мышления и т. п. После выдвижения определенной гипотезы исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. Цель — проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения. Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона природы, если нет — считается отвергнутой.

Закон природы является наилучшим выражением гармонии мира. Закон — внутренняя причинная, устойчивая связь между явлениями и свойствами различных объектов, отражающая отношения между объектами. Если изменения одних объектов или явлений (причина) вызывает вполне определенное изменение других (следствие), то это означает проявление действия закона. Например, периодический закон Д. И. Менделеева устанавливает связь между зарядом атомного ядра и химическими свойствами данного химического элемента. Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области познания, называется научной теорией.

Принцип фальсифицируемости научных положений, т. е. их свойство быть опровергаемыми на практике, остается в науке непререкаемым. Эксперимент, который направлен на опровержение данной гипотезы, носит название решающего эксперимента. Естествознание изучает мир с целью творения законов его функционирования, как продуктов человеческой де-

28

ятельности, отражающих периодически повторяющиеся факты действительности.

Итак, наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации. Наука в содержательном плане — это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий процесс создания теории и аргументации в их поддержку играет в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент.

2.2. Основные методы научного исследования

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука. Д. И. Менделеев

Эмпирический и теоретический уровни знания различаются по предмету, средствам и результатам исследования. Знание — проверенный практикой результат познания действительности, верное отражение действительности в мышлении человека. Различие между эмпирическим и теоретическим уровнями исследований не совпадает с различием между чувственным и рациональным познанием, хотя эмпирический уровень преимущественно чувственен, а теоретический рационален.

Структура научного исследования, описанная нами, представляет собой в широком смысле способ научного познания или научный метод как таковой. Метод — это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Метод не только уравнивает способности людей, но также делает их деятельность единообразной, что является предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями. Выделяются эмпирические и теоретические методы (табл. 2.1). К эмпирическим методам относятся:

Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Можно выделить два вида наблюдения — непосредственное и с

29



помощью приборов. При осуществлении наблюдения с помощью соответствующих приборов в микромире требуется обязательный учет свойств самого прибора, его рабочей части, характера взаимодействия с микрообъектом.

Описание — это результат наблюдения и эксперимента, состоящий в фиксировании данных с помощью определенных систем обозначений, принятых в науке. Описание как метод научного исследования производится как путем обычного языка, так и специальными средствами, составляющими язык науки (символы, знаки, матрицы, графики и т. д.). Важнейшими требованиями к научному описанию являются точность, логическая строгость и простота.

Измерение представляет собой познавательную операцию, обеспечивающую численное выражение измеряемых величин. Оно осуществляется на эмпирическом уровне научного исследования и включает количественные эталоны и стандарты (вес, длина, координаты, скорость и т. д.). Измерение осуществляется субъектом как непосредственно, так и опосредованно. В связи с этим оно делится на два вида: прямое и косвенное. Прямое измерение представляет собой непосредственное сравнение измеряемого объекта или явления, свойства с соответствующим эталоном; косвенное определение величины измеряемого свойства на основе учета определенной зависимости от других

30

величин. Косвенное измерение помогает производить определение величин в таких условиях, когда непосредственное измерение усложнено или невозможно. Например, измерение тех или иных свойств многих космических объектов, галактических микропроцессов и т. д.

Сравнение — сопоставление объектов с целью выявления признаков сходства или признаков различия между этими объектами. Известный афоризм гласит: "Все познается в сравнении". Для того чтобы сравнение было объективным, оно должно отвечать следующим требованиям:

Эксперимент — научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия, что дает возможность изучать их влияние на объект в чистом виде. В отличие от наблюдения эксперимент характеризуется вмешательством исследователя в положение изучаемых объектов благодаря активному воздействию на предмет исследования. Он широко распространен в физике, химии, биологии, физиологии и других естественных науках. Эксперимент приобретает все большее значение в социальных исследованиях. Однако здесь его значение ограничено, во-первых, моральными, гуманистическими соображениями, во-вторых, тем, что большинство социальных явлений нельзя воспроизвести в лабораторных условиях, и, в-третьих, тем, что многие социальные явления невозможно многократно повторять, изолировать от других общественных явлений. Итак, эмпирическое изучение является исходным для формирования научных законов, на этой ступени объект подвергается первичному осмыслению, выявляются его внешние особенности и некоторые закономерности (эмпирические законы).

31

Моделирование — изучение объекта путем создания и исследования его модели (копии), замещающей оригинал, с определенных сторон, интересующих исследователя. В зависимости от способа воспроизведения, т. е. от тех средств, при помощи которых строится модель, все модели могут быть разделены на два вида: "действующие", или материальные модели; "воображаемые", или идеальные модели. К материальным моделям можно отнести макеты моста, плотины, здания, самолета, корабля и т. д. Они могут быть построены из того же материала, что и изучаемый объект, или на основе чисто функциональной аналогии. Идеальные модели подразделяются на мысленные конструкции (модели атома, галактики), теоретические схемы, воспроизводящие в идеальной форме свойства и связи исследуемого объекта, и знаковые (математические формулы, химические знаки и символики и др.). Особо выделяются кибернетические модели, которые заменяют еще недостаточно изученные управляющие системы, помогают исследовать законы функционирования данной системы (например, моделирование отдельных функций человеческой психики).

К научным методам теоретического уровня исследований относятся:

Формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях, т. е. построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. Формализация играет важную роль в анализе, уточнении и экспликации научных понятий. Она неразрывно связана с построением искусственных или формализованных научных законов.

Аксиоматизация — построение теорий на основе аксиом-утверждений, доказательства истинности которых не требуется. Истинность всех утверждений аксиоматической теории обосновывается в результате строгого соблюдения дедуктивной техники вывода (доказательства) и нахождения (или построения) интерпретации формализации аксиоматических систем. При самом же построении аксиоматики исходят из того, что принятые аксиомы — истины.

32

Анализ — фактическое или мысленное расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства, отношения или связи) с целью его всестороннего изучения. Анализ, разлагая предметы на части и изучая каждую из них, должен обязательно рассматривать их не сами по себе, а как части единого целого.

Синтез — фактическое или мысленное воссоединение целого из частей, элементов, сторон и связей, выделенных с помощью анализа. С помощью синтеза мы восстанавливаем предмет как конкретное целое во всем многообразии его проявлений. В естественных науках анализ и синтез применяются не только теоретически, но и практически. В социально-экономических и гуманитарных исследованиях предмет исследования подвергается лишь мысленному расчленению и воссоединению. Анализ и синтез как методы научного исследования выступают в органичном единстве.

Индукция — метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод о свойствах предметов и явлений строится на основе отдельных фактов или частных посылок. Так, например, переход от анализа фактов, явлений к синтезу полученных знаний осуществляется методом индукции. С помощью индуктивного метода можно получить знание не достоверное, а вероятное, причем различной степени точности.

Дедукция — это переход от общих рассуждений или суждений к частным. Вывод новых положений с помощью законов и правил логики. Дедуктивный метод имеет первостепенное значение в теоретических науках как орудие их логического упорядочения и построения, особенно когда известны истинные положения, из которых можно получить логически необходимые следствия.

Обобщение — логический процесс перехода от единичного к общему, от менее общего к более общему знанию, при этом устанавливаются общие свойства и признаки исследуемых объектов. Получение обобщенного знания означает более глубокое отражение действительности, проникновение в ее сущность.

33

Аналогия — прием познания, который представляет собой умозаключение, в ходе которого на основе сходства объектов в одних свойствах, связях делается вывод об их сходстве и в других свойствах, связях. Умозаключение по аналогии играет существенную роль в развитии научного познания. Многие важные открытия в сфере естествознания были сделаны путем переноса общих закономерностей, свойственных одной области явлений, на явления другой области. Так, X. Гюйгенс на основании аналогии свойства света и звука пришел к выводу о волновой природе света; Дж. К. Максвелл распространил этот вывод на характеристику электромагнитного поля. Выявление определенного сходства отражательных процессов живого организма и некоторых физических процессов способствовало созданию соответствующих кибернетических устройств.

Математизация — это проникновение аппарата математической логики в естественные и другие науки. Математизация современного научного знания характеризует его теоретический уровень. С помощью математики формулируются основные закономерности развития естественно-научных теорий. Математические методы находят широкое применение и в социально-экономических науках. Создание (под непосредственным влиянием практики) таких отраслей, как линейное программирование, теория игр, теория информации и появление электронных математических машин открывает совершенно новые перспективы.

Абстрагирование — метод познания, при котором происходит мысленное отвлечение и отбрасывание тех предметов, свойств и отношений, которые затрудняют рассмотрение объекта исследования в "чистом" виде, необходимом на данном этапе изучения. Посредством абстрагирующей работы мышления возникли все понятия, категории естественных и социально-экономических наук: материя, движение, масса, энергия, пространство, время, растение, животное, биологический вид, товар, деньги, стоимость и др.

Кроме рассмотренных нами эмпирических и теоретических методов существуют общенаучные методы исследования, к которым можно отнести следующие.

34

Классификация — разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком.

Гипотетико-дедуктивный метод — один из методов рассуждения, основанный на выведении (дедукции) заключений из гипотез и других посылок, истинное значение которых неопределенно. Данный метод настолько глубоко проник в методологию современного естествознания, что нередко его теории рассматриваются как тождественное с гипотетико-дедуктивной системой. Гипотетико-дедуктивная модель довольно хорошо описывает формальную структуру теорий, однако она не учитывает ряд других особенностей и функций, а также игнорирует генезис гипотез и законов, являющихся посылками. Результат гипотетико-дедуктивного рассуждения имеет лишь вероятный характер, так как его посылками служат гипотезы, а дедукция переносит вероятность их истинности на заключение.

Логический метод — это метод воспроизведения в мышлении сложного развивающего объекта в форме определенной теории. При логическом исследовании объекта мы отвлекаемся от всех случайностей, несущественных фактов, зигзагов, из которых вычленяется самое главное, существенное, определяющее общий ход и направленность развития.

Исторический метод — это когда воспроизводятся все детали, факты познаваемого объекта во всем конкретном многообразии исторического развития. Исторический метод предполагает исследование конкретного процесса развития, а логический метод — исследование общих закономерностей движения объекта познания.

Большое значение в современной науке приобрели статистические методы, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов.

Итак, на теоретическом уровне осуществляется объяснение объекта, раскрываются его внутренние связи и сущностные процессы (теоретические законы). Если эмпирическое познание является исходным для формирования научных законов, то теория позволяет объяснить эмпирический материал. Оба эти

35

уровня познания тесно связаны между собой. Общими для них являются и те формы, в которых осуществляются чувственные образы (ощущения, восприятия, представления), и рациональное мышление (понятия, суждения и умозаключения).

2.3. Динамика развития науки. Принцип соответствия

Наука есть наилучший путь для того, чтобы сделать человеческий дух героическим.

Д. Бруно

Развитие науки определяется внешними и внутренними факторами (рис. 2.2). К первым относится влияние государства, экономических, культурных, национальных параметров, ценностных установок ученых. Вторые определяются внутренней логикой и динамикой развития науки.



Внутренняя динамика развития науки имеет свои особенности на каждом из уровней исследования. Эмпирическому уровню присущ обобщающий характер, поскольку даже отрицательный результат наблюдения или эксперимента вносит свой

36

вклад в накопление знаний. Теоретический уровень отличается более скачкообразным характером, так как каждая новая теория представляет собой качественное преобразование системы знаний. Новая теория, пришедшая на смену старой, не отрицает ее полностью (хотя в истории науки имели место случаи, когда приходилось отказываться от ложных концепций теплорода, эфира, электрической жидкости и т. п.), но чаще ограничивает сферу ее применимости, что позволяет говорить о преемственности в развитии теоретического знания.

Вопрос о смене научных концепций является одним из наиболее актуальных в методике современной науки. В первой половине XX в. основной структурной единицей исследования признавалась теория, и вопрос о ее смене ставился в зависимости от ее эмпирического подтверждения или опровержения. Главной методологической проблемой считалась проблема сведения теоретического уровня исследования к эмпирическому, что в конечном счете оказалось невозможным. В начале 60-х годов XX века американский ученый Т. Кун выдвинул концепцию, в соответствии с которой теория до тех пор остается принятой научным обществом, пока не подвергается сомнению основная парадигма (установка, образ) научного исследования в данной области. Парадигма (от греч. paradigma — пример, образец) — фундаментальная теория, объясняющая широкий круг явлений, относящихся к соответствующей области исследования. Парадигма — это совокупность теоретических и методологических предпосылок, определяющих конкретное научное исследование, которая воплощается в научной практике на данном этапе. Она является основанием выбора проблем, а также моделью, образцом для решения исследовательских задач. Парадигма позволяет решать возникающие в научных исследованиях затруднения, фиксировать изменения в структуре знания, происходящие в результате научной революции и связанные с накоплением новых эмпирических данных.

С этой точки зрения динамика развития науки происходит следующим образом (рис. 2.3): старая парадигма проходит нормальную стадию развития, затем в ней накапливаются научные факты, не объяснимые этой парадигмой, происходит революция

37

в науке и возникает новая парадигма, объясняющая все возникшие научные факты. Парадигмальная концепция развития научного знания затем была конкретизирована с помощью понятия "исследовательская программа" как структурной единицы более высокого порядка, чем отдельная теория. В рамках исследовательской программы и обсуждаются вопросы об истинности научных теорий.



Еще более высокой структурной единицей является естественно-научная картина мира, которая объединяет в себе наиболее существенные естественно-научные представления данной эпохи.

Общая динамика и закономерность, характеризующая в целом процесс исторического развития естествознания, подчиняется важному методологическому принципу, называемому принципом соответствия. Принцип соответствия в его наиболее общей форме утверждает, что теории, справедливость которых экспериментально установлена для той или иной области естествознания, с появлением новых, более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельная форма и частичный

38

случай новых теорий. Этот принцип является одним из важнейших достижений естествознания XX в. Благодаря ему история естествознания предстает перед нами не как хаотическая смена различных более или менее удачных теоретических воззрений, не как череда их катастрофических крушений, а как закономерный и последовательный процесс развития познания, идущего ко все более широким обобщениям, как познавательный процесс, каждая ступень которого имеет объективную ценность и доставляет частицу абсолютной истины, обладание которой становится все более и более полным. С этой точки зрения процесс познания понимается как процесс движения к абсолютной истине через бесконечную последовательность относительных истин. Причем процесс движения к абсолютной истине происходит не плавно, не путем простого накопления фактов, а диалектически — через революционные скачки, при которых всякий раз преодолевается противоречие между накопившимися фактами и господствующей в данное время парадигмой. Принцип соответствия показывает, как именно в естествознании абсолютная истина складывается из бесконечной последовательности относительных истин.

Принцип соответствия утверждает, во-первых, что каждая естественно-научная теория является относительной истиной, содержащей элемент абсолютной истины. Во-вторых, он утверждает, что смена естественно-научных теорий — не последовательность разрушений разных теорий, а логический процесс развития естествознания, движения разума через последовательность относительных истин к абсолютной. В-третьих, принцип соответствия утверждает, что как новые, так и старые теории образуют единое целое.

Таким образом, согласно принципу соответствия, развитие естествознания представляется как процесс последовательного обобщения, когда новое отрицает старое, но не просто отрицает, а с удержанием всего того положительного, что было накоплено в старом.

ВЫВОДЫ

1. Естественно-научное познание структурно состоит из эмпирического и теоретического направлений научного иссле-

39

дования. В структуре эмпирического направления исследования следующая схема: эмпирический факт, наблюдения, научный эксперимент, эмпирические обобщения. В структуре теоретического метода следующая схема: научный факт, понятия, гипотеза, закон природы, научная теория.

  1. Научный метод представляет собой яркое воплощение единства всех форм знаний о мире. Тот факт, что познание в естественных, технических, социальных и гуманитарных науках в целом совершается по некоторым общим правилам, принципам и способам деятельности, свидетельствует, с одной стороны, о взаимосвязи и единстве этих наук, а с другой — об общем, едином источнике их познания, которым служит окружающий нас объективный реальный мир: природа и общество.

  2. Теория до тех пор остается принятой научным обществом, пока не подвергается сомнению основная парадигма (установка, образ) научного исследования. Динамика развития науки происходит следующим образом: старая парадигма — нормальная стадия развития науки — революция в науке — новая парадигма.

  3. Принцип соответствия утверждает, что развитие естествознания происходит, когда новое не просто отрицает старое, отрицает с удержанием всего положительного, что было накоплено в старом.

Вопросы для контроля знаний

  1. Какова структура естественно-научного познания?

  2. Какая разница существует между эмпирическими и теоретическими направлениями исследования?

  3. Что такое научный метод и на чем он основывается?

  4. В чем заключается единство научного метода?

  5. Дайте характеристику общенаучных и конкретно-научных методов исследования.

  6. Каковы основные методологические концепции развития современного естествознания?

  7. Какие этические проблемы актуальны для современного естествознания?

  8. Что называют парадигмой в науке?

  9. Какие условия необходимы для проведения научных экспериментов?

10. Чем язык науки отличается от обычного человеческого
языка?


40

Глава 3. ВАЖНЕЙШИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Где теперь эти люди мудрейшие

нашей земли?

Тайной нити в основе творенья

они не нашли.

Как они суесловили много о

сущности Бога, —

Весь свой век бородами трясли и

бесследно ушли.

Омар Хайям

3.1. Система мира ангинных философов

За несколько тысячелетий до нашей эры в речных цивилизациях Востока появились и запечатлелись в памятниках древнейшей письменности некоторые представления о природе. С этого времени последовательно развивалась общая идея о Вселенной, в которой все явления связаны единой цепью причин и следствий. История науки в странах Древнего Востока — в Египте, Вавилоне, Китае, Индии и в других древнейших речных цивилизациях — позволяет ответить на коренной вопрос, относящийся к генезису науки: вопрос об отличии научных представлений в их самой первоначальной форме от мифологических и религиозных верований, с одной стороны, и от непосредственных эмпирических наблюдений — с другой. От первых они отличаются объяснением явлений природы ее собственными законами, от вторых — систематизацией элементарных причинных констатаций, наличием сравнительно-абстрактных понятий, тенденцией к некой единой картине, включающей все частные причинные связи. Пока речь идет о Древнем Востоке, приходится говорить лишь о тенденции: единая естественно-научная картина мира

41

была создана только в античный период. Египет, Вавилон, Древний Китай и Индия знали конкретные причинные связи явлений, пользовались некоторыми обобщенными понятиями (не только качественными, но и количественными), подошли к сравнительно разработанной картине, объясняющей смену дня и ночи, смену времен года, некоторые метеорологические явления. В странах Древнего Востока были высказаны идеи естественного причинного порядка во Вселенной.

Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов Древнего Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри Земли будто бы находится "царство мертвых". Небо — это твердый купол, опирающийся на земную поверхность и отделяющий "нижние воды" (океан, омывающий земной остров) от "верхних" (дождевых) вод. На этом куполе закреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота, а ночью оно движется под Землей. Эти наивные представления о строении мира были заимствованы древними евреями и нашли свое отражение в Библии, а затем и в других религиозных книгах. Тем не менее вавилонские астрономы производили систематические наблюдения над небесными светилами, могли вычислять сроки наступления новолуний, составлять лунные календари, предложили семидневную неделю. Вселенная древних египтян имеет вид большой долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на ней в виде светильников подвешены звезды. Вместе с тем египетские жрецы за 4000 лет до н. э. знали довольно хорошо продолжительность солнечного года, который у них состоял из 360 суток, разделенных на 12 месяцев. А 2000 лет до н. э. они уточнили календарный год до 365 суток. Их солнечный календарь послужил основой для построения юлианского календаря.

42

В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные светила движутся с востока на запад. Однако, из китайских летописей мы узнаем, что видимое движение Солнца и Луны и периодическая повторяемость затмений уже известны там за 3000 лет до н. э.

В науке Древнего Востока обобщающая мысль поднималась к представлению о причинной закономерности во Вселенной в целом. Но это не означает, что были попытки построения единой системы природы. Такие попытки выходили за пределы возможного в речных цивилизациях, для них не хватало ни конкретных исходных сведений, ни абстрактных понятий. В Индии мысль о Вселенной, в которой нет ничего, кроме материи, противостояла религии уже за тысячу лет до н. э. Подобные направления мысли Древнего Востока не приводили к построению единой картины мира, в которой последовательная цепь причин и следствий объясняла бы всю совокупность известных людям явлений природы. Такие картины были созданы в Древней Греции.

Когда греки — носители уже не речной, а средиземноморской цивилизации — познакомились с естественно-научными представлениями Египта и культурных стран Азии и дополнили их астрономическими, географическими и биологическими сведениями, выросшими из обобщения собственного земледельческого, ремесленного, строительного и навигационного опыта, тогда в ионийских колониях появились первые единые концепции мира как целого, противостоявшие религиозно-мифологической картине строения, происхождения и развития небесных тел и Вселенной. В греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), на юге Италии и в Сицилии в VI в. до н. э. началось бурное развитие науки, в частности философии, как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить

43

эти явления, разгадать их истинные причины. Древнегреческие философы ("любители мудрости") за семь веков до нашей эры Землю уподобляли плоскому диску, края которого омываются водами океана. Над диском — твердая небесная полусфера, под диском — подземный мир (Аид — царство мертвых). В VI в. до н. э. по их представлениям Вселенная и Земля произошли от некоторого первичного элемента, т. е. укрепилась идея о материальной первооснове всех вещей: Фалес Милетский считал, что это вода, Анаксимен — воздух, Анаксимандр — (неопределенное начало), Гераклит Эфесский — огонь.

Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский (ок. 530-470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: "Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим...". Гераклит выдвинул замечательный принцип вечной изменчивости материи, идею о вечном обмене веществ между небом и Землей. Тогда же Пифагор Самосский (ок. 570-500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Вселенная имеет вид концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех находилась сфера неподвижных звезд.

Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движение планет, создал греческий философ Евдокс Книдский (ок. 408—355 гг. до н. э.). Он предположил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколько сфер, скрепленных друг с другом. Одна из этих сфер совершает один оборот в сутки вокруг оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Время обращения другой (в обратную сторону) предполагалось равным периоду обращения планеты. Тем самым объяснялось видимое движение планеты вдоль эклиптики. При этом предполагалось, что ось второй сферы наклонена к оси первой под определенным углом. Комбинация с этими сферами позволяла объяснить попятное движение планеты и ее наклонное движение

44

по отношению к эклиптике. Все особенности движения Солнца и Луны объяснялись с помощью трех сфер. Звезды Евдокс разместил на одной сфере, вмещающей в себя все остальные. Таким образом, все видимое движение небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.

В дальнейшем развитии мировоззрения большую роль сыграла математическая программа Пифагора-Платона. Платон (427-347 гг. до н. э.) полагал, что основой мира являются огонь, воздух, вода, земля. Пифагор и его последователи высказали мысль о шарообразности Земли: Земля — сфера, подобная самой себе во всех направлениях: она не имеет ни верха, ни низа. Пифагор также обратил внимание на то, что Солнце совершает полный оборот в течение года по эклиптике в направлении, противоположном суточному вращению звездного неба, которое представлялось сферой, окружающей Землю. Пифагореец Филолай (V в. до н. э.) предложил пироцентрическую систему мира, в которой Земля, Солнце, Луна, 5 планет, противоземля и сфера неподвижных звезд обращаются вокруг центрального огня. Пироцентрическая система Филолая уступила геоцентрической системе Платона (она связывается с именем Птолемея и продержалась до XVI в.). Платон высказал предположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нее обращаются Луна, Солнце, далее — утренняя звезда Венера, звезда Гермеса (Меркурий), звезды Ареса, Зевса и Кронуса (Марс, Юпитер и Сатурн). У Платона впервые встречаются названия планет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Представления о равномерном, круговом, совершенно правильном движении небесных тел высказал также Платон. Он впервые сформулировал задачу: найти, с помощью каких равномерных и правильных круговых движений можно "спасти явления, представляемые планетами". Другими словами, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которой должна была находиться Земля.

Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик Платона Аристотель (384-322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегося философа-энциклопедиста безраздельно

45

господствовали в физике и астрономии в течение почти двух тысяч лет, остановимся на них подробнее. Учение Аристотеля, которое отрицало пустоту (вакуум) в природе, считало, что материальная субстанция беспредельно делима, и разграничивало "земное" и "небесное". Земля, по его представлениям, есть мир тленный, где происходит постоянный круговорот — рождение и смерть, произрастание и увядание; небо, наоборот, усеяно светилами, состоящими из одного эфира — нетленного элемента; все светила являются поэтому вечными и совершенными. Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (ок. 490-430 гг. до н. э.), предположил существование четырех "стихий": земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на Земле. По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятся двигаться к центру мира ("вниз"), тогда как огонь и воздух движутся "вверх" к периферии и тем быстрее, чем ближе они к своему "естественному" месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и огонь. Таким образом, Аристотель различает естественные и насильственные движения тел.

Для земных тел естественными являются движения по прямой к центру Космоса (т. е. вниз) или от центра Космоса (вверх): тяжелые тела по самой своей природе стремятся вниз, а легкие — вверх. Всякие иные движения земных тел являются насильственными. Представления Аристотеля о естественных и насильственных движениях тел господствовали в науке в течение многих столетий — вплоть до XVI-XVII вв., когда возникла механика Галилея-Ньютона. По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца, ни начала. Это возможно как раз потому, что кроме упомянутых четырех элементов существует и пятая, неуничтожимая форма материи, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы состоят все небесные тела, для которых вечное круговое движение — это естественное состояние. "Зона эфира" начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Луны находится мир четырех элементов.

46

При построении своей системы мира Аристотель использовал представления Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые обращаются вокруг Земли. По Аристотелю, Космос ограничен, имеет форму сферы, в центре которой находится земной шар, за пределами сферы нет ничего — ни пространства, ни времени. В пределах же сферы нет пустоты — все заполняет "первичная материя". Все небесные движения совершенны, т. е. совершаются равномерно по кругам согласно принципу пифагорейцев. Аристотель представлял себе планеты прикрепленными к определенным прозрачным сферам, которые вращаются вокруг неподвижной Земли. У него имеются убедительные доказательства шарообразности Земли. Одним из них было изменение вида звездного неба при передвижении наблюдателя по земной поверхности: в южных странах появляются новые созвездия, невидимые на севере, чем дальше к северу, тем больше видно незаходящих звезд. Второе доказательство Аристотеля основано на наблюдениях лунных затмений: тень Земли на диске Луны всегда ограничена дугой круга. Из того, что все тела при падении стремятся к центру Земли, по мнению Аристотеля, следует, что Земля должна иметь шаровидную форму. В своих трудах Аристотель изложил принципы классификации животных, провел сравнение различных животных по их строению, заложил основы античной эмбриологии.

Большое влияние на становление реалистической картины мира оказала также атомистическая физическая программа Демокрита-Эпикура. Основателями атомистики в Древней Греции считаются Левкипп и его знаменитый ученик Демокрит (ок. 460-370 гг. до н. э.). По мнению этих философов, возникновение живого — естественный процесс, результат природных сил, а не "акта творения" внешних сил. Согласно Левкиппу и Демокриту, в мире есть лишь два "начала" — пустота (небытие) и атомы (бытие). Атомистическая физическая программа древних греков поистине удивительна: мы, люди XXI века, находим в ней предвидение многих сторон современной научной картины мира. Однако она на долгие столетия тогда была вытеснена континуа-листической программой Аристотеля.

47

Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера в период попятного движения значительно ярче, чем в другое время. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира. Так, Гераклид Понтийский (388-315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля движется "по вращательной, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра". Он высказал также мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.

Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Са-мосский (ок. 310-330 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (ок. 287-212 гг. до н. э.) в своих трудах пишет, что Аристарх полагал, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своих мест в пространстве, что Земля движется по окружности около Солнца, находящегося в ее центре, и что центр шара неподвижных звезд совпадает с центром Солнца. Он допускал также и суточное вращение Земли. Однако слишком мало данных было в распоряжении ученых того времени, чтобы обосновать эту теорию, которая на много столетий опережала их физические взгляды.

Значительный вклад в развитие представлений о Вселенной внес древнегреческий астроном Гиппарх (II в. до н. э.). Он уточнил каталог китайских астрономов Чань Чун и Ши Шень (355 г. до н. э.) и греческих астрономов Аристилла и Тимохариса (280 г. до н. э.), и его каталог содержал сведения о 850 звездах и 48 созвездиях. Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он считал, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и Луны на небе на любой день года. Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых прозрачных сфер, предложенных Евдоксом,

48

и перешли к более сложным построениям с помощью эпициклов и деферентов.

Воззрения античных философов содержали ряд важнейших элементов эволюционизма: во-первых, мысль о естественном возникновении живых существ, их изменении в результате борьбы противоположностей и выживании удачных вариантов; во-вторых, идею ступенчатого усложнения организации живой природы; в-третьих, представление о целостности организма (принцип корреляции) и об эмбриогенезе как процессе новообразования.

3.2. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира

Коперник пусть Разглядывает звезды. Любовь моя звезда, Мой свет и воздух...

Р. Гамзатов

Классическую форму теории эпициклических движений придал александрийский астроном Клавдий Птолемей (II в. н. э.) в своем знаменитом сочинении "Альмагест" (арабское название, у древних греков называлось "Мегале Синтаксис", т. е. "Великое построение"). В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой заданный момент времени. Это сочинение дает стройную теорию планетных движений, но исходит из неверного принципа неподвижности Земли в центре мира. Это была логически стройная кинематическая схема Вселенной, которая, несмотря на ложность своих теоретических основоположений давала удовлетворительное описание основных особенностей видимого движения небесных тел. В историю науки она вошла как геоцентрическая система мира.

49

В Средневековье надолго затормозилось развитие науки. Системы мира Аристотеля и Птолемея были признаны согласными с религиозной идеологией. Основа христианской религии — тезис искупления (пришествие на Землю бога для спасения людей) гармонировал с представлением об исключительном положении Земли как центра мира. Некоторый подъем астрономической науки в Средние века нужно отметить у арабов, народов Средней Азии и Кавказа. Труды Птолемея вместе с другими древними астрономическими источниками послужили отправной точкой для ряда усовершенствований геоцентрической системы мира, разработанной средневековыми учеными и философами, в особенности Ибн Хайсамом (известным в Европе под именем Альхазена) и Ибн Шатиром, принадлежавшим к астрономической школе Насир эд Дина Туси (XII в.).

Аль-Батани (по прозванию Альбатегниус — 850-929 гг. н. э.) заново и точнее определил и проверил многие из результатов Гиппарха и Птолемея. Великому хорезмскому ученому Абу-Райхану Бируни (972-1048 гг. н. э.) принадлежит определение размеров Земли по углу понижения горизонта с вершины горы. Он же выразил мнение о возможности движения Земли вокруг Солнца. Соорудив обсерваторию с весьма точными для того времени измерительными инструментами, талантливый самаркандский астроном Улугбек (Мухаммед Тарагай — внук известного завоевателя Тамерлана) составил новый каталог звезд — первый самостоятельный после Гиппарха и более точный: положения звезд даны в нем не только в градусах, но и в минутах дуги.

В Средние века в научно-философской среде мусульманского Востока и христианского Запада предметом особого обсуждения стал вопрос о физической реальности птолемеевс-ких эпициклов и деферентов. По мнению Абу Райхана Бируни, эпициклы и деференты имеют вполне реальное физическое существование. В то же время другой крупный представитель научно-философской мысли Средневековья Ибн Рушд (Аверо-эс), хотя и допускал, что эпициклы и деференты сами по себе нужны для расчета и предсказания положения планет, вместе с

50

тем оспаривал мнение, согласно которому эпициклы и деференты существуют внутри реального космоса в актуально-физическом смысле.

Значительным шагом вперед было геологическое учение Ибн Сины (Авиценны). Впервые в истории науки он открыл закон последовательности залегания осадочных пород (500 лет спустя его вновь открыл датский естествоиспытатель Николаус Стено). Это открытие послужило отправным пунктом для формулировки Авиценной более общей научной концепции — учения об эволюции земной коры. К идее эволюции независимо от Ибн-Сины пришел также его современник Абу Райхан Бируни. Это учение имело огромное мировоззренческое значение вследствие того, что идея постоянного изменения земной поверхности резко противоречила религиозному постулату о единовременном и совокупном творении всего космоса и его пребывании в дальнейшем в вековечном, абсолютно неизменном состоянии. Между Ибн Синой и Бируни дискутировалась также проблема существования изолированных миров. Согласно Бируни, вполне допустимо, что "другой мир обладает теми же природными свойствами, что и наш мир, но только эти свойства созданы таким образом, что направления движения в нем отличаются от направлений движения в нашем мире и что каждый из этих миров отделен от другого некой преградой. Судя по аргументации, приведенной Ибн Синой против такой постановки вопроса о множественности миров, его прежде всего волновала проблема существования пустоты и связанный с ней вопрос о физической природе преграды, отделяющей эти миры друг от друга. Бируни же допускал возможность существования других миров иной природы, отделенных некой преградой от нашего мира. Эти вопросы, интересовавшие мыслителей Средневековья, исторически соотносимы с некоторыми современными космологическими моделями пространственной локализации системы "мир—антимир", многомерными пространствами.

У различных ученых начинают намечаться попытки нового подхода к объяснению небесных явлений, пока, наконец, польский мыслитель Николай Коперник не сделал великого шага к

51

созданию нового мировоззрения, давшего толчок мощному развитию астрономии как науки. Основой возникновения всех этих новых идей является грандиозный хозяйственный переворот. Великое свое творение Коперник изложил в книге "Об обращениях небесных сфер", появление которой относится к 1543 г., т. е. к году смерти Коперника, и составляет результат многолетних его работ. Геоцентрическая система Птолемея с течением времени усложнялась, ибо повышенные требования к точности астрономических вычислений делали необходимым увеличение количества дополнительных окружностей (эпициклов, деферентов), чтобы согласовать систему с Землей в центре и вращающимися вокруг нее по окружностям планетами с наблюдаемыми движениями этих планет. Ко времени Коперника число деферентов и эпициклов возросло до 56 и имело тенденцию расти дальше. Уже в античности многие мыслители не были удовлетворены такой сложной "неестественной" конструкцией. Один из них (Прокл) считал, что эпициклы — всего лишь умственные построения, созданные для "спасения явлений", и что пути планет на самом деле являются сложными и неравномерными, другие (Симпли-ций) вообще полагали, что сложные пути планет — всего лишь видимость, что за ней находится некая непознанная глубинная сущность.

Вместе с тем громоздкость птолемеевской системы не позволяла давать точных данных о движении Солнца и Луны, а это в свою очередь тормозило реформу юлианского календаря. Вселенная Птолемея значительно упростилась бы, если принять, что в центре ее находится не Земля, а Солнце. Чтобы произвести такой революционный шаг, понадобился гениальный ум Николая Коперника, создавшего гелиоцентрическую систему мира. В ее основе лежали следующие утверждения:

  1. В центре мира находится Солнце.

  2. Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении и вращаются вокруг одного из своих диаметров.

  3. Это движение происходит по круговым орбитам.

  4. Оно является равномерным, т. е. скорости движения планет по круговым орбитам постоянны.

52

Полемизируя с аргументами Аристотеля и Птолемея, Коперник отмечает, что "вращается не только Земля вместе с соединенной с ней водной стихией, но и немалая часть воздуха и все, что состоит в каком-либо родстве с Землей". Не следует удивляться и тому, что смещение звезд при движении Земли не замечено. Ведь "размеры мира столь велики, что хотя расстояние от Земли до Солнца имеет достаточно большие размеры по сравнению с размерами сферы любой планеты, оно тем не менее неощутимо мало по сравнению со сферой неподвижных звезд". Поэтому "легче принять это допущение, чем ломать голову над бесконечным множеством сфер, как это вынуждены делать те, кто удерживает Землю в центре мира".

Впервые Коперник дал правильный план строения Солнечной системы, установив ее относительные масштабы. Приняв за единицу измерений расстояние от Земли до Солнца, он нашел, что расстояния от Солнца до Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0,376, 0,723, 1,52, 5,217 и 9,184. За исключением последней, эти цифры почти не отличаются от современных. Учение Коперника произвело настоящую революцию не только в астрономии, но и во всем человеческом мировоззрении. Коперник стер грань между "земным" и "небесным".

Последующие шаги в создании новой картины мира были сделаны Г. Галилеем и К. Кеплером, оба они были убежденными сторонниками учения Н. Коперника. Галилей впервые использовал подзорную трубу собственной конструкции для астрономических наблюдений, открыв горы на Луне, т. е. открыв, что Луна имеет не идеальную форму шара, присущую якобы лишь телам "небесной природы", а имеет вполне "земную" природу. Таким образом, была поколеблена идея, идущая еще от Аристотеля, о принципиальном различии между "совершенными" небесными телами и несовершенными земными. Другие его астрономические открытия: открытие четырех спутников Юпитера (1610 г.), обнаружение фаз Венеры, наличие пятен на Солнце — имели огромное мировоззренческое значение, подтверждающее материальное единство мира. Наглядно было показано, что Земля

53

не является единственным центром, вокруг которого должны обращаться все тела. Это было важным доказательством в пользу системы мира Н. Коперника.

При ее разработке Коперник исходил из предположения, что Земля и планеты обращаются вокруг Солнца по круговым орбитам. Поэтому, чтобы объяснить сложное движение планет по эклиптике, ему пришлось ввести в свою систему 48 эпициклов. И лишь благодаря усилиям И. Кеплера система мира Коперника приобрела простой и стройный вид. Кеплер совершил следующий шаг — открыл эллиптическую форму орбит и законы, по которым планеты движутся вокруг Солнца. Первые два кепле-ровских закона были опубликованы в 1609 г., третий — в 1619 г. Наиболее важным для понимания общего устройства Солнечной системы был первый закон, утверждавший, что планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, а Солнце находится в фокусе одного из этих эллипсов. В свое время греки предполагали, что все небесные тела должны двигаться по кругу, потому что круг — самая совершенная из всех кривых. Хотя греки знали много вещей об эллипсах и тщательно изучили их математические свойства, им никогда не приходило в голову, что, возможно, небесные тела движутся как-то иначе, нежели по кругам или сложным сочетаниям кругов. Кеплер первым отважился высказать такую идею. Однако три его закона имеют решающее значение в истории науки прежде всего потому, что они способствовали доказательству закона тяготения Ньютона.

Другим выдающимся последователем Н. Коперника, старшим современником Галилея и Кеплера был Джордано Бруно. Он выдвинул идею множественности миров, которую можно трактовать как принцип эквивалентности разных мест во Вселенной, имеющей фундаментальное методологическое значение и в современной космологии. Основная идея натурфилософии Д. Бруно — бесконечность и однородность Вселенной и неисчислимость миров — звезд, тождественных по своей природе с Солнцем. У Бруно не только Земля, но и Солнце перестает быть центром Вселенной, последняя вообще не имеет центра. Он также допустил возможность существования внеземных цивилизаций.

54

3.3. Механистическая и электромагнитная картины мира

Новое надобно созидать в поте лица, а старое само продолжает существовать и твердо держится на костылях привычки.

А. И. Герцен

Галилей и Кеплер, отталкиваясь от динамических и кинематических законов Аристотеля, переосмысливали его механику и в итоге перехода от геоцентризма к гелиоцентризму пришли к своим кинематическим законам. Эти законы предопределили принципиально единую для земных и небесных тел механику Ньютона со всеми сформированными им классическими законами механики, включая универсальный закон всемирного тяготения. Галилей, рассматривая движение свободного падения тел, первым ввел понятие инерции и сформулировал принцип относительности для механических движений, известный как принцип относительности Галилея. Решающий вклад в становление механики внес И. Ньютон.

Стройную логическую систему научной картине мира придали законы механики, разработанные Исааком Ньютоном и изложенные в его гениальной работе "Математические начала натуральной философии" в 1687 году. Ньютон внес в научную картину мира не только новое содержание, но и принципиально новый стиль однозначного объяснения природы. Ньютон создал основы теории гравитационного поля, он вывел закон тяготения, определяющий силу тяготения, которая действует на данную массу в любой точке пространства, если заданы масса и положение тела, служащего источником сил тяготения, т. е. притягивающего к себе другие тела.

Динамические законы Ньютона не только следуют из соответствующих кинематических законов Галилея и Кеплера, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея, а также всевозможных теоретически ожидаемых отклонений от

55

них из-за сложного строения и взаимных гравитационных возмущений взаимодействующих тел.

Единую механику для всех земных и небесных тел, с общими для них законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также взаимного тяготения, впервые создал И. Ньютон.

Согласно законам механики И. Ньютона гравитационные силы связывают все без исключения тела природы, они являются не специфическим, а общим взаимодействием. Законы тяготения определяют отношение материи к пространству и всех материальных тел друг к другу. Тяготение создает в этом смысле реальное единство Вселенной. Объяснение характера движения небесных тел и даже предсказание новых планет Солнечной системы было триумфом ньютоновской теории тяготения.

Поэтому долгое время в науке доминировала механистическая картина мира. Здесь можно выделить четыре следующих принципиальных момента:

1. Мир строился на едином фундаменте — на законах ме
ханики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, а
также тепловые явления на уровне микроявлений сводились к
механике атомов и молекул — их перемещениям, столкновениям,
сцеплениям, разъединениям. Открытие в середине XIX в. зако
на сохранения и превращения энергии, казалось, окончательно
доказывало механическое единство мира.

  1. В механистической картине мира все причинно-следственные связи однозначные, здесь господствует лапласовый детерменизм.

  2. В механистической картине мира отсутствует развитие — мир в целом таков, каким он был всегда. Механистическая картина мира фактически отвергала качественные изменения, сводя все к изменениям чисто количественным.

  3. Механистическая картина исходила из представления, что микромир аналогичен макромиру.

По самой своей сути эта картина мира являлась метафизической, все многообразие мира сводилось к механике.

Во второй половине XIX в. на основе исследований М. Фара-дея и Д. Максвелла возникла электромагнитная картина мира.

56

Согласно этой картине материя существует в двух видах — в виде вещества и в виде поля, причем между указанными видами материи имеется непереходимая грань: вещество не превращается в поле, а поле не превращается в вещество.

Количественное изучение электрических явлений началось с работ Кулона (1785 г.), установившего сначала закон взаимодействия электрических зарядов и распространившего его позднее на взаимодействие "магнитных зарядов". Однако вплоть до 1820 г. электрические и магнитные явления рассматривали как различные явления, не связанные между собой.

Открытие Эрстедом в 1820 г. магнитного действия тока показало, что между магнитными и электрическими явлениями существует связь и что магнитные действия можно получить при помощи электрических токов. Магнитное действие токов было детально изучено Ампером, который пришел к заключению, что все магнитные явления в природе, в том числе и связанные с постоянными магнитами, вызваны электрическими токами (теория молекулярных токов Ампера).

Дальнейшими результатами того периода мы обязаны М. Фарадею. Из них особое значение имело открытие электромагнитной индукции. Фарадей исходил из основной идеи о взаимной связи явлений природы. Он считал, что если ток способен вызывать магнитные явления, то и обратно, при помощи магнитов или других токов, можно получить электрические токи. В результате настойчивости и многих попыток Фарадей действительно открыл в 1831 г. это явление, которое еще более укрепило представление о связи между электричеством и магнетизмом.

Второй важнейшей идеей в работах Фарадея было признание основной, определяющей роли промежуточной среды в электрических явлениях. Фарадей не допускал действия на расстоянии, которое, как мы сейчас хорошо знаем, физически бессодержательно, и считал, что электрические магнитные взаимодействия передаются промежуточной средой и что именно в этой среде разыгрываются основные электрические и магнитные процессы.

57

В работах Максвелла идеи Фарадея подверглись дальнейшему углублению и развитию и были превращены в строгую математическую теорию. В теории Максвелла мысль о тесной связи электрических и магнитных явлений получила окончательное оформление в виде двух основных положений теории. Поэтому теория Максвелла явилась завершением важного этапа в развитии учения об электричестве и привела к классическому представлению об электрическом поле, содержащем в общем случае и электрическое, и магнитное поля, связанные между собой и способные взаимно превращаться друг в друга.

Уравнения Максвелла содержат в себе все основные законы электрического и магнитного полей, включая электромагнитную индукцию, и поэтому являются общими уравнениями электромагнитного поля в покоящихся средах.

Теория Максвелла не только объяснила уже известные факты, но и предсказала новые и важные явления. Совершенно новым в этой теории явилось предположение Максвелла о магнитном поле токов смещения. На основе этого предположения Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн, т. е. переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. Теоретическое исследование свойств электромагнитных волн привело затем Максвелла к созданию электромагнитной теории света, согласно которой свет представляет собой также электромагнитные волны. В дальнейшем электромагнитные волны действительно были получены на опыте, а еще позднее электромагнитная теория света, а с нею и вся теория Максвелла получили полное и блестящее подтверждение.

Если в XVIII в. стремились свести все к механике, то теперь все, включая и ряд механических явлений (например, трение, упругость), стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы электромагнетизма остается только тяготение. В качестве элементарных структур, из которых построена вся материя, рассматриваются всего три частицы — электрон, протон и фотон. Фотоны — кванты электромагнитного поля. При рассмотрении электромагнитного поля наряду с волновыми используются так-

58

же корпускулярные (фотонные) представления, утвердившиеся в естествознании как корпускулярно-волновой дуализм.

Электромагнитная картина мира формировалась не только в XIX в., она продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение об электромагнетизме и достижения атомистики, но также некоторые идеи современной физики. Исследуя проблемы теплового изучения и фотоэффекта, Альберт Эйнштейн в самом начале XX столетия пришел к выводу о квантовании энергии светового излучения, а в 1916 г. он ввел в рассмотрение понятие порции самого излучения (световые кванты), обладающие не только определенной энергией, но и определенным импульсом. С 1926 г. световые кванты стали называться фотонами. Таким образом, стали известны два типа полей — электромагнитное и гравитационное. Соответственно есть два фундаментальных взаимодействия.

Конечно, электромагнитная картина мира по сравнению с механистической картиной мира представляла собой значительный шаг вперед в познании окружающего мира. Многие детали электромагнитной картины мира сохранились в современной естественно-научной картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, ядерная модель атома, дуализм корпускулярных и волновых свойств и многое другое. В то же время в электромагнитной картине мира, как и в механистической, господствовали однозначные причинно-следственные связи, по-прежнему все было жестко определено, характерна метафизическая омертвелость, внутренние противоречия отсутствовали. Открытые Максвеллом и Больцманом вероятностные закономерности не признавались фундаментальными, и они не включались ни в механистическую, ни в электромагнитную картину мира. Столь же однозначными, жесткими представлялись и максвелловские законы, управляющие электромагнитным полем.

Девятнадцатый век подвел к пониманию диалектики природы, но сам век еще оставался на позициях метафизического материализма. Нужен был диалектический материализм.

59

Т

3.4. Современная естественно-научная картина мира

Кто в состоянии найти в своем сердце столь мощную силу, чтобы достойно воспеть все величие наших открытий?

Тит Лукреций Кар

Современная естественно-научная картина мира является результатом синтеза систем мира древности, античности, гео-и гелиоцентризма, механистической, электромагнитной картин мира и опирается на научные достижения современного естествознания (табл. 3.1).

В конце XIX—начале XX в. в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего это открытия, связанные со строением вещества, и открытие взаимосвязи вещества и энергии.

Современное естествознание представляет окружающий материальный мир нашей Вселенной однородным, изотропным и расширяющимся. Материя в мире находится в форме вещества и поля. По структурному распределению вещества окружающий мир разделяется три большие области: микромир, макромир и мегамир. Между структурами существуют четыре фундаментальных вида взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное, которые передаются посредством соответствующих полей. Существуют кванты всех фундаментальных взаимодействий.

Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считали атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов.

Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Эрнестом Резерфордом, атом уподоблялся миниатюр-

60

Таблица 3.1

Основные этапы становления современной естественно-научной картины мира

Этап истории

Научная картина мира

4000 лет до н. э. 3000 лет до н. э

Научные догадки египетских жрецов, составление солнечного календаря

Предсказание солнечных и лунных затмений китайскими мыслителями

2000 лет до н. э.

Разработка семидневной недели и лунного календаря в Вавилоне

VIII в до н. э.

Первые представления о единой естественно-научной картине мира в античный период. Возникновения представлений о материальной первооснове всех вещей

VII в. до н. э.

Создание математической программы Пифагора-Платона

VI в. до н. э.

Атомистическая физическая программа Демокрита-Эпикура

V в. до н. э.

Континуа листическая физическая программа Анаксагора-Аристотеля

II в. н. э.

Изложение геоцентрической системы мира К. Птолемеем в сочинении "Альмагест"

1543 г.

Гелиоцентрическая система строения мира польского мыслителя Н. Коперника

XVII в.

Становление механистической картины мира на основе законов механики И. Кеплера и И. Ньютона

XIX в.

Возникновение электромагнитной картины мира на основе трудов М. Фарадея и Д. Максвелла

XX в.

Становление современной естественно-научной картины мира

61

ной Солнечной системе, в которой вокруг ядра обращаются электроны. Энергия излучается и поглощается атомом в виде квантов или порции энергии только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Это явление получило название дуализма волны и частицы — представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля — волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. В 1925-1927 гг. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи — микромире, была создана новая волновая, или квантовая, механика. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира.

Таким образом, в современной естественно-научной картине мира как вещество, так и поле состоят из элементарных частиц, а частицы взаимодействуют друг с другом, взаимопревращаются. На уровне элементарных частиц происходит взаимопревращение поля и вещества. Так, фотоны могут превратиться в электронно-позитронные пары, а эти пары в процессе взаимодействия уничтожаются (аннигилируются) с образованием фотонов. Более того, вакуум тоже состоит из частиц (виртуальных частиц), которые взаимодействуют как друг с другом, так и с обычными частицами. Таким образом, исчезают фактически границы между веществом и полем и даже между вакуумом, с одной стороны, и веществом и полем — с другой. На фундаментальном уровне все грани в природе действительно оказываются условными.

62

Другая фундаментальная теория современной физики — теория относительности, в корне изменившая научное представление о пространстве и времени. В специальной теории относительности получил дальнейшее применение установленный еще Галилеем принцип относительности в механическом движении. Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер, в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика. Здесь пространство и время носят относительный характер.

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства-времени.

В современной естественно-научной картине мира наблюдается теснейшая связь между всеми естественными науками, здесь время и пространство выступают как единый пространственно-временной континуум, масса и энергия взаимосвязаны, волновое и корпускулярное движения, в известном смысле, объединяются, характеризуя один и тот же объект, наконец, вещество и поле взаимопревращаются. Поэтому в настоящее время предпринимаются настойчивые попытки создать единую теорию всех взаимодействий. Включение гравитации в

63

существующие теоретические схемы вынуждает привлекать такие сложные теоретические конструкции, как многомерные пространства, суперсимметрии и суперструны и т. п. Важно, что, как и для других полей, в основе описания гравитационного взаимодействия должны лежать квантовые закономерности. Классическое гравитационное поле и связанное с ним классическое пространство-время являются приближениями, справедливыми в определенных условиях.

Как механистическая, так и электромагнитная картины мира были построены на динамических, однозначных закономерностях. В современной картине мира вероятностные закономерности оказываются фундаментальными, не сводимыми к динамическим. Случайность стала принципиально важным атрибутом. Она выступает здесь в диалектической взаимосвязи с необходимостью, что и предопределяет фундаментальность вероятностных закономерностей.

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления о естественно-научной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взглянуть на окружающий мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. С другой стороны, появление такого междисциплинарного направления исследований, как синергетика, или учение о самоорганизации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики состоит прежде всего в том, что она впервые показала, что процессы самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Главное достижение синергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть

64

на природу как на мир, находящийся в процессе непрестанной эволюции и развития.

В наибольшей мере новые мировоззренческие подходы к исследованию естественно-научной картины мира и его познания коснулись наук, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанные с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез о происхождении жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информации и вычислительной техники.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин при сохранении преемственности в развитии науки и прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. Среди них в каждый определенный период выдвигается наиболее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом, для объяснения фактов известных и предсказания фактов неизвестных. Такой парадигмой в свое время служила теория движения земных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследователи, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д. К. Максвелл. Понятие парадигмы для анализа научных революций подчеркивает важную их особенность — смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов.

Все прежние картины мира создавались как бы извне — исследователь изучал окружающий мир отстраненно, вне связи с собой, в полной уверенности, что можно исследовать явления, не нарушая их течения. Такова была веками закреплявшаяся

65

естественно-научная традиция. Теперь научная картина мира создается уже не извне, а изнутри, сам исследователь становится неотъемлемой частью создаваемой им картины. Очень многое нам еще неясно и скрыто от нашего взора. Тем не менее сейчас перед нами развертывается грандиозная гипотетическая картина процесса самоорганизации материи от Большого взрыва до современного этапа, когда материя познает себя, когда ей присущ разум, способный обеспечить ее целенаправленное развитие.

Наиболее характерной чертой современной естественно-научной картины мира является ее эволюционность. Эволюция происходит во всех областях материального мира в неживой природе, живой природе и социальном обществе.

ВЫВОДЫ

  1. Стремление к единству многообразного окружающего мира получило одно из своих воплощений в астрономических догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима. Принципиальную основу новому этапу в развитии представлений об устройстве Вселенной положила гелиоцентрическая система Н. Коперника.

  2. Галилей своими астрономическими открытиями дал новые аргументы в пользу идеи физической однородности Вселенной и тем самым способствовал окончательному преодолению аристотелевского принципа субстанциональной противоположности Земли и неба. Всеобщий синтез физического знания затем был произведен И. Ньютоном, заложившим фундамент величественного здания классической физики и содержавшим программу будущего развития науки. Так началось построение механистической картины мира, охватывающей все виды материи от корпускул света и атомов вещества до планет и Солнца включительно.

3. Во второй половине XIX в. на основе исследований
М. Фарадея и Д. Максвелла возникла электромагнитная картина
мира. Если в XVIII в. стремились свести все к механике, то теперь
все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы элект
ромагнетизма остается только тяготение. В электромагнитной

66

картине, как и в механистической, господствовали однозначные причинно-следственные связи.

  1. В современной естественно-научной картине мира наблюдается теснейшая связь между всеми естественными науками, здесь время и пространство выступают как единый простран ственно-временной континуум, масса и энергия взаимосвязаны, волновое и корпускулярное движения в известном смысле объединяются, характеризуя один и тот же объект, наконец, вещество и поле взаимопревращаются.

  2. Можно выделить четыре следующих этапа становления картины мира: сущностную преднаучную, механистическую, электромагнитную и эволюционную. В современной естественно-научной картине мира имеет место саморазвитие, она эволюционна и необратима. В ней естественно-научное знание неразрывно связано с гуманитарным.

Вопросы для контроля знаний

  1. Что представляет собой картина мира?

  2. Какие представления о мире были в древности и античности?

  3. Назовите основные принципы атомистического учения о природе, обоснованные Демокритом.

  4. Какие положения складывают физику Аристотеля?

  5. Что такое геоцентрическая и гелиоцентрическая модели устройства мира?

  6. Какова роль Ньютона в истории естествознания?

  7. В чем состоят преимущества и недостатки механистической картины мира?

  8. Какое значение имеют в современной науке принципы лапла-совского детерминизма?

  9. Какой новый вклад в картину мира вносит электромагнитная теория?




  1. Каковы причины перехода от классического к неклассическому описанию природы? В чем его сущность?

  2. Каково значение книги Дарвина "Происхождение видов"?

  3. Какие этапы проходит естествознание в своем историческом развитии?

  4. Почему время от времени происходит радикальное изменение естественно-научной картины мира?

67

  1. Что такое научная революция? С чего она обычно начинается, чем сопровождается и чем заканчивается?

  2. В чем состоят особенности революции естествознания в конце XIX — начале XX века?

  3. В чем изменились взгляды на природу в связи с исследованием процессов в микромире?

  4. Каковы основополагающие концепции современной картины мира?

  5. В чем отличие химии от алхимии, астрономии от астрологии?

68

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21


Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации