Пример доклада по естествознанию: Принцип Кюри и асимметрия живой материи

Выдержка из текста работы

Учебное пособие составлено в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования второго поколения и рекомендовано студентам гуманитарных специальностей высших учебных заведений всех форм обучения. Содержит информацию по всем экзаменационным вопросам и предназначено для подготовки студентов к семинарским занятиям, экзаменам и зачетам. Может быть использовано также при выполнении контрольных работ по дисциплине «Концепции современного естествознания».

Пособие является важной составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Концепции современного естествознания».

© Г.В. Андрейченко, И.Н. Павлова

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры

2. Предмет и метод естествознания

3. Динамика естествознания и тенденции его развития

4. История естествознания

5. Структурные уровни организации материи

6. Макромир: вещество и поле

7. Открытые системы и неклассическая термодинамика

8. Микромир. Квантовая физика

9. Мегамир. Современные астрофизические и космологические концепции

10. Пространство и время в современной научной картине мира

11. Основные концепции химии. Химические системы и процессы

12. Проблемы и перспективы современной геологии

13. Особенности биологического уровня организации материи

14. Генетика и эволюция

15. Человек как предмет естествознания

16. Эмоции и творчество. Жизнь как ценность

17. Человек и биосфера

18. Принцип глобального эволюционизма и его роль в современной науке

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Концепции современного естествознания» включена в цикл математических и естественнонаучных дисциплин гуманитарных и экономических факультетов с целью ознакомления студентов с дополнительным для них неотъемлемым компонентом единой культуры — естествознанием и формированием целостного взгляда на окружающий мир. Возникающая сегодня тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно противостоящих культур созвучна потребности общества в целостной картине мира и подчеркивает актуальность предлагаемой дисциплины. Данная учебная дисциплина не представляет собой механическое соединение традиционных курсов физики, химия, биологии и экологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционно-синергетического подходов к современному естествознанию. Поэтому ее эффективное освоение возможно на основе применения новой парадигмы, способной объединить естественно — научную и гуманитарную компоненты культуры.

Цели и задачи курса:

— понимание природы отчуждения гуманитарного и естественно — научного компонентов культуры и необходимость их воссоединения на основе целостного взгляда на мир;

— понимание задач и возможностей современного научного метода;

— изучение и понимание сущности наиболее фундаментальных законов природы, составляющих каркас современной физики, химии и биологии;

— формирование ясного представления о естественнонаучной картине мира как основе понимания целостности и многообразия природы;

— формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания;

— формирование представления о принципах универсального эволюционизма и синергетики как диалектических принципах развития в приложении к неживой и живой природе, человеку и обществу.

Тема 1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры

1. Культура и наука. Критерии науки и ее социальные функции

Наука представляет собой важнейшую сферу человеческой культуры. Успехи и достижения науки коренным образом изменили жизнь общества, его экономику, политику, быт, а также самого человека, его образ мысли и действия.

Культура — специфический способ организации человеческой жизнедеятельности, представленный в продуктах материального и духовного труда, в системе социальных норм и учреждений, в духовных ценностях, в совокупности отношений людей к природе, между собой и к самим себе.

Необходимым элементом человеческой деятельности является знание. Наука — это специфическая форма производства знаний. При этом не всякое знание является научным. Познание как духовное освоение мира осуществляется в разнообразных формах: искусство, наука, религия, философия, жизненный опыт и др. Искусство воспроизводит мир посредством художественных образов, создает художественные ценности и выражает эстетическое отношение человека к миру. Религия создает мир трансцендентного знания, опирается на мистический опыт людей, в котором происходит их — общение с Богом. Философия формирует знания о бытии, о месте человека в мире и его собственном духовном мире. Наука же является той частью культуры, которая осваивает действительность и создает свой особый мир — мир знаний, состоящих из экспериментально подтвержденных данных и выводов, полученных логическим путем.

Наука — сфера человеческой деятельности, главной функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о мире. Критерии науки:

рациональность, т.е. обоснованность и логическая доказательность знания, его теоретический характер;

системность знания; система характеризуется внутренним единством составляющих ее элементов. Поэтому научное знание это система, включающая в себя принципы, законы, фундаментальные понятия, из которых выводятся новые знания, а также факты, математический и логический аппарат, практические выводы и рекомендации;

общезначимость, т.е. интерсубъективность знания, его проверяемость и возможность получения одинаковых результатов разными исследователями;

наличие двух уровней — эмпирического и теоретического, различающихся задачами исследования, спецификой методов и форм познания.

Важнейшим признаком науки является также то, что это — специфическая форма деятельности и социальный институт, т.е. способ социальной организации познавательной деятельности людей. Современная наука представлена сегодня крупными научными институтами с мощной лабораторной базой, новейшими технологиями обработки, передачи и распространения информации.

По предмету изучения в структуре науки выделяют такие направления научного знания, как: естествознание (науки о природе); социогуманитарное знание, включающее в себя знания о различных видах и формах общественной жизни, а также знания о человеке и его духовном мире; в отдельную группу выделяют науку о самой науке (науковедение). Это молодая, быстро развивающаяся научная дисциплина.

Специфика науки проявляется также в тех социальных функциях, которые она выполняет. Функции науки: описательная — выявление важнейших свойств и отношений исследуемых объектов; систематизирующая — внесение определенного порядка в организацию знания; объяснительная — выявление сущности изучаемого объекта, причин и закономерностей его возникновения и развития; прогностическая — предсказание новых фактов и рекомендации на будущее; практическая — применение полученных знаний в производстве, в социальной жизни и управлении; мировоззренческая — создание научной картины мира, которая является основой рационализированного мировоззрения.

Наука — это динамичный, поступательный процесс, имеющий определенные закономерности: ускорение роста научных знаний (экспоненциальный закон развития науки): объем научных знаний удваивается каждые 10-15 лет; кумулятивный характер развития — суммируются в концентрированном виде все прошлые достижения науки путем переосмысления и уточнения; преемственность в развитии знаний; единство экстенсивного и интенсивного периодов развития; дифференциация и интеграция наук; превращение науки в непосредственную производительную силу.

2. Мир природы и мир человека: способы познания

Различие естествознания и социогуманитарного познания обусловлено, во-первых, спецификой объекта исследования.

Мир природы представляет собой действие слепых, стихийных и не зависимых от человека сил, процессов, поэтому в определенном смысле их исследовать проще. Познание этих процессов по своему содержанию носит объективный характер, для этого формируются методы объективного исследования предмета.

Мир человека предстает как сознательная, активная деятельность человека, преследующего свои цели и интересы. В процессе познания этих явлений сложно отделить объективное от субъективного, действительность от иллюзий. Поэтому любые попытки перенесения естественнонаучных методов на исследование социальных процессов оказываются безрезультатными.

Во-вторых, наиболее отчетливо различие выражается в подходе к основной задаче науки.

В познании мира природы главной задачей является объяснение. Объяснение — это подведение факта под некоторый закон, теорию. Логической формой объяснения является дедуктивное рассуждение, в котором факт, то есть высказывание единичного или частного порядка, выводится из общего суждения, которое и выражает определенный закон. Самой популярной в научном мире считается теория дедуктивно — номологического объяснения Гемпеля — Оппенгейма. Некоторое явление считается объясненным, если описывающее его суждение логически выводится из законов или законообразных высказываний. Наряду с дедуктивно-номологическим широко используются структурные, то есть представляющие собой характеристики сложных объектов на основе знания их строения, и генетические объяснения, то есть описание событий и явлений в их исторической последовательности.

Наиболее развитая форма научного объяснения — объяснение на основе теоретических законов. Так, чтобы объяснить, почему тело за первую секунду своего падения проходит путь в 4,9 м, мы ссылаемся на закон Галилея, который в самой общей форме описывает поведение разнообразных тел, движущихся под воздействием силы тяжести. Если требуется объяснить сам этот закон, мы обращаемся к более общей теории гравитации Ньютона. Получив из нее закон Галилея в качестве логического следствия, мы тем самым объясняем его. Глубина объяснения определяется глубиной той теории, к которой относится закон. Уровни объяснения могут быть различными, но они всегда представляют собой дедуктивную процедуру. Исторически первыми были каузальные (причинные) объяснения — объяснения на основе простых эмпирических законов, фиксирующих такие устойчивые, повторяющиеся связи между двумя явлениями, при которых одно порождает, вызывает другое.

В социальных науках трудно или невозможно подвести индивидуальное, неповторимое событие под какой-либо общий закон, поэтому сформировались две точки зрения: первая — против использования естественнонаучных методов, заменив их телеологическим объяснением, т.е. раскрытием целей, мотивов поведения и деятельности людей; вторая — можно объяснить с помощью законов, но только создав собственную методологию.

В познании мира человека, по мнению многих исследователей, методы объяснения вообще не применимы, т.к. специфика объекта обусловливает индивидуальность и уникальность познаваемых явлений. Поэтому не объяснение, а понимание является основным методом социогуманитарного познания.

Понимание — это способ интерпретации или истолкования какого-либо факта, т.е. выявление его смысла или придание ему определенного смысла с целью его духовного освоения и приведения в систему с другими фактами.

Такая методология гуманитарного познания получила название герменевтики. Исторически герменевтика возникла из опыта работы над текстами на древних языках, плохо сохранившихся, трудно поддававшихся переводу, когда было необходимо прежде всего раскрыть смысл, который вложил их автор. При этом затем стало ясно, что герменевтика имеет отношение не только к текстам, но и к пониманию поступков, переживаний и действий человека. Понимание часто определяют как оценку на основе некоторого образца или нормы. Понимать можно все, для чего существует такой образец. Истолкование, предшествующее пониманию и делающее его возможным, представляет собой процесс поиска стандарта оценки и обоснование ее приложимости к рассматриваемому случаю. Поэтому истолкование всегда связано с определенными социокультурными предпосылками: истолковывает и понимает всегда конкретный человек, разделяющий ценности своей среды и своего времени.

Понимание всегда имеет диалоговую природу, которая изначально отличается от монологичности объяснения и является особым типом смысловых отношений. Понять — значит, увидеть другое, чужое сознание и его мир. При объяснении имеется только один субъект, одно сознание, потому что к объекту не может быть диалогического отношения; при понимании — два сознания, два субъекта, поэтому понимание всегда диалогично. «Исследование становится спрашиванием и беседой, то есть диалогом. Природу мы не спрашиваем, и она нам не отвечает. Мы ставим вопросы себе и определенным образом организуем наблюдение или эксперимент, чтобы получить ответ. Изучая человека, мы повсюду ищем и находим знаки и стараемся понять их значение» (Бахтин М.М.).

На всем протяжении ХХ века наблюдается противостояние двух сфер познания — естественно-научной и гуманитарной. Эту ситуацию четко зафиксировал известный английский писатель и ученый Чарльз Сноу, выступивший в 1959 г. в Кембриджском университете с программной лекцией «Две культуры и научная революция». Он показал, как возникла и углубляется пропасть между двумя культурами. Поляризацию научной культуры он связал с двумя традициями, сложившимися в процессе познания и осмысления мира. Первая — культура, создаваемая естествознанием, которая по сложности, емкости интеллектуальной глубине является удивительным творением коллективных усилий человеческого разума. Представители другого полюса — социогуманитарной культуры не имеют, как правило, ни малейшего представления об этом творении. И наоборот.

Научная культура понимается как способ организации познавательной деятельности, обусловленный спецификой познаваемого объекта, включающий в себя мировоззренческие и методологические принципы, идеалы и установки, разделяемые научным сообществом. Характер научной культуры во многом определяет и способы организации науки и научной деятельности вообще, и формы взаимосвязи науки и общества, значительно влияя на этику науки и решение проблемы социальной, и, прежде всего, нравственной ответственности ученого, а также на отношение науки и идеологии, науки и политики. Поэтому поляризация культур наносит ущерб всему: науке, искусству, обществу, человеку.

К концу ХХ столетия появились серьезные предпосылки для преодоления этого противостояния: 1) обмен опытом там, где это возможно; например, статистические методы, имеющие, как известно, важнейшее значение в современной физике, зародились в трудах социологов-экономистов У. Петти и Дж. Граунта; 2) междисциплинарный подход становится все более значимым для нынешнего развития социального знания. Идет процесс формирования единой науки о человеке, обществе, природе и жизни; 3) дифференциация (дробление) наук ведет к тому, что сейчас насчитывается около 2 тыс. научных дисциплин и формирование все новых отраслей науки продолжается; 4) интеграция наук — активное взаимодействие различных наук. Объединение каких-либо наук в единое целое в различных формах, начиная от применения методов и понятий одной науки в другой и кончая современным системным методом. В этом проявляется стремление к единству научного знания. Объективную основу интеграции знания составляет единство мира, принципиальная общность свойств и законов структурных уровней материи. Поэтому, во-первых, сравнительно новые отрасли научного знания уже по своей природе носят синтетический, интегративный характер: астрофизика, математическая лингвистика, инженерная психология, техническая эстетика, космическая медицина и др. Во-вторых, синтез научного знания может осуществляться на основе междисциплинарного подхода. Примером такого синтеза может служить синергетика (теория самоорганизации сложных систем). Возникнув как физическая теория (в термодинамике), она сейчас используется как новый подход к решению исторических, социальных проблем. Синергетика может успешно служить моделированию многих процессов.

3. Сциентизм и антисциентизм — мировоззренческие позиции ХХ века и их влияние на развитие культуры

В разные исторические эпохи в качестве основания культуры, ее ведущего духовного компонента, выступали разные духовные формы: в античности — политика и мораль; в средневековье — религия; в эпоху Возрождения — искусство; в новое время — наука; в новейшее время — наука и искусство.

В Новое время произошла научная революция, породившая новый (современный) тип науки, и провозгласившая его единственно адекватным способом познания (духовного освоения) мира. Научное знание приобретает столь главное значение, что без его развития и распространения в обществе немыслим никакой социальный прогресс. Формируется идея о всесилии научного знания. Этому способствовали как достижения науки, так и философские взгляды французских просветителей XVIII века (Вольтера, Дидро, Гельвеция, Гольбаха, ДАламбера).

Сциентизм — мировоззренческая позиция, основанная на представлении о науке как высшей культурной ценности, цели и смысле человеческого существования.

Идеологическим обоснованием сциентизма является позитивизм французского философа О. Конта (1798-1857), автора знаменитого «Курса позитивной философии». Суть его позиции состоит в следующем:

1. Естественнонаучное познание и его методология — эталон научного познания, поэтому методы и формы естествознания должны быть распространены и на познание общества. Идеал науки — математическая физика.

2. Наука должна замещать все другие формы знания. Отсюда критика философии, сведение ее к научной методологии, попытки создания новой религии (религии науки) и т.п.

3. Ориентация на эмпирическое (опытное) обоснование полученных результатов. Знание, не основанное на опыте, объявляется ненаучным, спекулятивным.

4. Роль науки и научного прогресса в решении глобальных проблем абсолютна и исключительна. Наука — высшая ценность и цель общественного развития, потому что все формы организации человеческой жизнедеятельности должны быть построены по последнему слову науки. Вера во всесилие науки часто ведет к утопическим проектам «улучшения» природы, общества и человека, практическое внедрение которых чревато катастрофическими последствиями.

Особую убедительность сциентизму придают грандиозные успехи науки, НТП. Мировоззрение сциентизма является основанием технократических концепций, согласно которым власть политическая и административная в обществе должна быть отдана представителям естественных и технических наук. Сциентизм подвергается острой критике со стороны так называемой «гуманитарной культуры», философским основанием которой выступает философия ХХ века: герменевтика, «философия жизни», экзистенциализм и др.

Современная гуманитарная культура имеет своим началом творчество гуманистов эпохи Возрождения. Революция в мировоззрении этой эпохи, связанная с изменением статуса человека в мире, вела к признанию человека высшей ценностью. В формировании гуманистической культуры важную роль сыграло движение романтизма (конец XVIII — сер. XIX вв.). Романтизм способствовал восстановлению авторитета искусства как средства постижения мира и самовыражения личности. Он сформулировал идею о восстановлении единства науки, философии, религии и искусства, которое было утрачено с заменой мифологического мышления рациональным.

Антисциентизм отрицает роль и доказывает недостаточность рационального, в особенности, естественнонаучного познания, которое, в свою очередь, сведено к физике и математике. Антисциентизм — мировоззренческая позиция, согласно которой идеалом являются гуманитарные ценности, этические и эстетические, прежде всего. В своих крайних формах антисциентизм толкует науку как силу, чуждую и враждебную подлинной сущности человека.

Противоположность сциентизма и антисциентизма, прежде всего, выражается в присущих им системах ценностей:

сциентизм отдает приоритет расчету, плану, проектируемому результату, поэтому главные ценности человеческого существования — максимальная польза, выгода, эффективность и целесообразность; максимум прибыли при минимуме затрат;

антисциентизм исходит из признания уникальности личности, поэтому приоритетными являются вопросы о смысле человеческой жизни, а главные ценности человеческого существования — красота, добро, любовь, справедливость.

4. Этика науки

Наука как область человеческой деятельности погружена в ценностное измерение: для ученого высшей ценностью является истина и все, что к ней ведет, различного рода эмпирические и теоретические методы. В сообществе ученых высоко ценятся также честность, порядочность, мужество в отстаивании своих взглядов, критическое отношение к догмам и всяким авторитетам, суевериям. В то же время в самой науке, в ее методологическом арсенале, нет никаких нравственных норм, регламентирующих научные исследования в плане социальных последствий, позволяющих соизмерять научные достижения с состоянием общества. Многие ученые осознают свою ответственность за возможное использование их научных открытий, понимают недопустимость вооружения злодеев средствами массового уничтожения, манипулирования сознанием людей, бесконтрольного вмешательства в их дела. К сожалению, имеется немало печальных примеров подобного: ядерное, биологическое, химическое оружие, эксперименты с генами животных и людей, тотальный компьютерный контроль в обществе и др.

В последние годы все большее число ученых склоняется к мнению о том, что неправильно считать науку лишь средством добывания истины. Настойчиво подчеркивали эту мысль Н. Бор и В. Гейзенберг. Ученые берут на себя ответственность, если не полностью, то, по крайней мере, в существенной степени, за свои творения. Они становятся этиками, потому что ответственность — это этическая категория. Прежде чем создать что-либо, могущее угрожать человеку, следует продумать все возможные варианты. А, приняв решение, не следует уходить от ответственности. Современный ученый должен понять, что истина — это добро и красота.

В этике науки представлены нравственные основы научной деятельности. Основными этическими нормами науки являются, как мы выяснили, бескорыстный поиск и утверждение истины, обогащение науки новыми результатами, полезными для человечества, свобода научного творчества, социальная ответственность ученого и др. Соблюдение этики науки должно привести к утверждению нравственного идеала гуманизма. Обоснование этого идеала содержится в концепции так называемого эволюционного гуманизма, одним из основателей которого является Дж. Хаксли — английский философ и зоолог. Суть его теории состоит в следующем:

Человек сам несет ответственность за свое будущее и за будущее планеты, не возлагая ее ни на Бога, ни на судьбу.

Человек является одним видом существующей на Земле жизни. Поэтому человечество нельзя превращать в совокупность враждующих «псевдовидов» (наций, религий и государств и их блоков).

Смыслом существования науки является воплощение человеческих надежд, а не материальное благополучие.

Задача науки повышать «качество» жизни, а не увеличивать количество материальных ценностей для отдельных социальных групп.

Для реализации этих идей и принципов необходимо новое мышление, которое и призвана формировать наука.

Новое понимание природы стимулировало поиск и новых идеалов человеческого отношения к природе, которые претендуют на то, чтобы стать духовным основанием для решения современных глобальных проблем. Активно разрабатываются идеи так называемой «углубленной экологии», которая порывает с антропоцентризмом и рассматривает человека не как властелина природы и центр мироздания, а как существо, включенное в многообразие жизни. Человек — неотъемлемая часть живого, соотносящаяся с другими его частями не на основе конкуренции и господства, а на основе сотрудничества и взаимности (Э.Ласло, Ф.Капра, Б.Калликотт, О.Леопольд и др.).

С этих позиций предлагаются различные варианты новой этики, которая должна, наряду с нормами общественного поведения, регулирующими отношения между людьми, включать «этику в экологическом смысле» (биосферную этику), ограничивающую свободу действия человека в его борьбе за существование. Новая этика, по замыслу ее сторонников (О. Леопольд, Р. Атфилд, Л.Уайт, Э. Ласло, Б. Калликотт и др.), должна регулировать взаимоотношения человека с Землей, с животными и растениями, формируя убеждение в индивидуальной ответственности за здоровье Земли. Эти этические концепции во многом перекликаются с известными идеями А. Швейцера о благоговении перед жизнью. Но в принципе они идут дальше. Как пишет Б. Каликотт, «лично я не особенно восторгаюсь моральной теорией Швейцера — главным образом по той причине, что она ограничивает круг морально значимых объектов индивидуальными сущностями, не беря во внимание объекты коллективной природы: популяции, виды, биоценозы и всю глобальную экосистему в целом».

Основные понятия темы:

Наука — сфера человеческой деятельности, главной функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о мире.

Научная культура — мировоззренческие и методологические принципы, идеалы и установки, разделяемые научным сообществом.

Объяснение — это подведение факта под некоторый закон, теорию.

Понимание — это способ интерпретации или истолкования какого-либо факта, т.е. выявление его смысла или придание ему определенного смысла.

Ценность — то, что имеет особую значимость для человека и общества.

Идеал — представление о должном, совершенном.

Сциентизм — мировоззренческая позиция, основанная на представлении о науке как высшей культурной ценности, цели и смысле человеческого существования.

Антисциентизм — мировоззренческая позиция, отрицающая приоритет науки в развитии общества, и согласно которой идеалом человеческого существования являются гуманитарные ценности.

Позитивизм — философское направление, согласно которому все подлинное знание может быть получено лишь как результат специальных, прежде всего естественных наук, и философия, как особая наука, не имеет права на существование.

Этика науки — раздел профессиональной этики, разрабатывающий нравственные принципы научной деятельности.

Тема 2. Предмет и метод естествознания

1. Предмет естествознания. Эволюция понятия природы

Предметом естествознания является природа. Природа — это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. Истоки современного понимания природы уходят в глубокую древность. Первые истолкования природы сложились как миф о возникновении (рождении) мира и его развитии, т.е. космогония. Внутренний смысл этих сказаний выражает переход от неорганизованного хаоса к упорядоченному космосу. Мир в космогониях рождается из природных стихий: огня, воды, земли, воздуха; к ним иногда добавляется пятая стихия — эфир. Все это первичный материал для строительства космоса. Стихии соединяются и разъединяются.

Образ природы рождается и в мифах, и в различных космогониях, и в теогониях (буквально: «рождение богов»). В мифе всегда отражена определенная реальность, в нем образно, в виде фантастических рассказов выражено стремление к познанию явлений природы, общественных отношений и человеческой натуры.

Позже возникла натурфилософия (философия природы), которая, несмотря на сходство космогонических образов, принципиально отличалась от мифологии.

В мифологии наглядно, в символической форме природа изображается как некое пространство, внутри которого разворачивается деятельность божественных и космических сил. Натурфилософия пыталась выразить общий взгляд на природу в целом и подкрепить его доказательствами.

В античной философии природа стала объектом теоретического размышления. Натурфилософия пыталась выработать единый, внутренне непротиворечивый взгляд на природу. Постигая феномен природы, натурфилософия пытается понять ее изнутри, из нее самой, т.е. выявить такие законы существования природы, которые не зависят от человека. Другими словами, постепенно формировался такой образ природы, который по возможности очищался от чисто человеческих представлений, которые зачастую уподобляли природу самому человеку, и потому могли исказить подлинную, самостоятельную жизнь природы. Таким образом, задача заключалась в познании того, какова природа сама по себе, без человека.

Уже первые философы рассматривали такие важные проблемы, которые послужили основой для дальнейшего развития научного познания. К ним относятся такие как: материя и ее структура; атомистика — учение о том, что мир состоит из атомов, мельчайших неделимых частиц вещества (Левкипп, Демокрит); гармония (математическая) Вселенной; соотношения вещества и силы; соотношение органического и неорганического.

У Аристотеля, величайшего философа Древней Греции (IV в. до н. э.), осмыс-ление природы получило уже статус целостного учения. Он отождеств-лял натурфилософию с физикой, изучал вопросы о составе физических тел, видах движения, причинности и др. Аристотель определял природу как жи-вой организм, движимый самоцелью и производящий все многообразие входя-щих в нее объектов, потому что у него есть душа, внутренняя сила — энтеле-хия. Движение Аристотель не сводил только к перемещению в простран-стве, а рассматривал и такие формы, как возникновение и уничтожение, качественные изменения.

В эпоху эллинизма натурфилософия стала опираться не только на философские рассуждения, но и на обширные наблюдения в астрономии, биологии, географии, физике. В эту эпоху появляется сам термин «натурфилософия», который ввел римский философ Сенека. Поскольку в античной философии считалось, что философия должна возвышаться над повседневностью, обыденностью, постольку это обрекало натурфилософию на умозрительность, в ней стали господствовать придуманные схемы и теории.

В средневековой культуре считалось, что природа говорит с людьми на символическом языке божественной воли, так как природа и человек — это творение Бога. Но в последовавшую за средневековьем эпоху возрождения этот взгляд существенно изменился. Натурфилософия разошлась по двум направлениям: 1 — мистика продолжала традицию умозрительных концепций природы; 2 — «магия», из которой постепенно и сформировалась опытная наука — естествознание. Переходу от религиозной картины мира к естественнонаучной способствовало возникновение особого взгляда на мир, получившего название «пантеизма» («всебожие»). Пантеизм — учение о том, что все есть бог; отождествление бога и вселенной. Это учение обожествляет вселенную, создает культ природы, признает бесконечность вселенной и неисчислимое множество ее миров.

Особую роль в создании способов научного, экспериментального изучения природы сыграл Г. Галилей, утверждавший, что книга природы написана треугольниками, квадратами, кругами и т.п.

С формированием науки и методов естествознания, в 17-18 вв. натурфилософия существенно изменилась. И. Ньютон, создатель механической картины мира, понимал под натурфилософией теоретическое, математически выстроенное учение о природе, «точную науку о природе». В этой картине мира природа отождествлялась с часовым механизмом.

Отказ от божественного и поэтического понимания природы вел к изменению отношения к природе. Она становится объектом активной эксплуатации — интеллектуальной и промышленной. Природа — это мастерская. Фр. Бэкон называет ученого естествоиспытателем, который экспериментом вырывает у природы ее тайны. Важнейшая задача науки — в покорении природы и увеличении могущества человека: «Знание — сила!»

Таким образом, природа выступает как обобщенное понятие, порой отождествляется с беспредельным космосом. В то же время процесс развития естествознания и связанная с этим процессом специализация в науке привела к тому, что природа перестала существовать как целое для специалистов, она оказалась раздробленной. Покорение природы, создание машинной культуры разрушает целостность самой природы, а также внутренние связи человека с природой, что и приводит его к экологической катастрофе. Необходимость такой организации взаимодействия общества и природы, которая отвечала бы потребностям будущих поколений и решала бы проблему выживания человечества, предполагает не только формирование так называемой экологической этики, но и переосмысление самого понятия «природа», в которую должен быть «вписан» человек. Имеются неоспоримые доводы, определяющие «человеческое лицо» природы:

-природа такова, что обладает возможностью и необходимостью порождения человека. Все физические константы, характеризующие фундаментальные структуры мира, таковы, что только при них мог бы существовать человек. В отсутствие человека некому было бы познавать природу.

-человек рождается «из природы». Вспомним развитие человеческого эмбриона.

-природная основа человека есть тот фундамент, на котором только и возможно появление специфически человеческого бытия, сознания, деятельности, культуры.

Таким образом, современное понимание природы как предмета естествознания предполагает выработку новых способов ее исследования, формирование интеграционных подходов и междисциплинарных связей. Поэтому принципиально новые идеи современной научной картины мира уже не вписываются в традиционное для техногенного подхода понимание природы как «мертвого механизма», с которым можно экспериментировать и который можно осваивать по частям, преобразуя и подчиняя его человеку.

Природа начинает пониматься как целостный живой организм. Почти до середины ХХ века такое понимание природы воспринималось как своеобразный пережиток или возврат к мифологическому сознанию. При этом по мере того, как утверждались в науке и широко распространялись идеи В.И.Вернадского о биосфере, после развития современной экологии, новое понимание природы как организма, а не механической системы, стало научным принципом. Новое понимание природы стимулировало поиск новых идеалов отношения человека к природе, которые стали бы основанием для решения современных глобальных проблем.

2. Научный метод. Классификация методов естественнонаучного познания

Для научного познания большое значение имеет метод, т.е. способ организации изучения объекта. Метод — совокупность принципов, правил и приемов практической и теоретической деятельности. Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми человек может достичь намеченной цели.

Правильный метод имеет огромное значение для познания природы. Учение о методе (методология) начинает развиваться в науке нового времени. Знаменитый английский философ Фрэнсис Бэкон сравнивал метод с фонарем, который освещает путнику дорогу. Ученый, не вооруженный правильным методом, — это путник, бредущий в темноте и ощупью отыскивающий себе дорогу. Рене Декарт, великий французский философ XVII века, тоже придавал большое значение разработке научного метода: «Под методом я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного знания всего, что ему доступно». Именно в этот период бурного развития естествознания складываются две противоположные методологические концепции: эмпиризм и рационализм.

Эмпиризм — направление в методологии, признающее опыт источником достоверного знания, сводящее содержание знания к описанию этого опыта.

Рационализм — направление в методологии, согласно которому достоверное знание дает только разум, логическое мышление.

Методы научного познания можно классифицировать по степени общности на универсальные (философские) и научные, которые в свою очередь, делятся на общенаучные и частнонаучные.

Частнонаучные методы применяются в рамках одной науки или области научного исследования, например: метод спектрального анализа, метод цветных реакций в химии, методы электромагнетизма в физике и др.

Общенаучные методы имеют широкий междисциплинарный спектр применения и могут применяться в любой науке, например: моделирование, эксперимент, логические методы и др.

Одной из важнейших особенностей научного познания является наличие двух уровней: эмпирического и теоретического, которые отличаются используемыми методами. На эмпирической (опытной) стадии используются главным образом методы, связанные с чувственно-наглядными приемами познания, к которым относят наблюдение, измерение, эксперимент.

Наблюдение является первоначальным источником информации и связано с описанием объекта познания. Целенаправленность, планомерность, активность — характерные требования для научного наблюдения. По способу проведения наблюдения бывают непосредственными и опосредованными. При непосредственных наблюдениях свойства объекта воспринимаются органами чувств человека. Такие наблюдения всегда играли большую роль в исследовании науки. Так, например, наблюдение положения планет и звезд на небе, проводившиеся более двадцати лет Тихо Браге с необыкновенной для невооруженного глаза точностью, способствовали открытию Кеплером его знаменитых законов. При этом чаще всего научное наблюдение бывает опосредованным, т.е. проводится с помощью технических средств. Изобретение Галилеем в 1608 году оптического телескопа расширило возможности астрономических наблюдений, а создание в ХХ веке рентгеновских телескопов и вывод их в космос на борту орбитальной станции позволило проводить наблюдения за такими космическими объектами, как квазары, пульсары, которые невозможно было бы наблюдать никаким другим способом.

Развитие современного естествознания связано с повышением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, например, объекты, изучаемые ядерной физикой, не могут наблюдаться ни непосредственно, с помощью органов чувств человека, ни опосредованно, с помощью самых совершенных приборов. То, что ученые наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, — это не сами микрообъекты, а только результаты их воздействия на определенные технические средства. Например, регистрацию взаимодействий элементарных частиц фиксируют только косвенно с помощью счетчиков (газозарядных, полупроводниковых и т.п.) или трековых приборов (камера Вильсона, пузырьковая камера и др.) Расшифровывая «картинки» взаимодействий, исследователи получают сведения о частицах и их свойствах.

Эксперимент — более сложный метод эмпирического познания, он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления его определенных сторон и свойств. Преимущества эксперимента: во-первых, позволяет изучать объект в «чистом виде», т.е. устранять всякие побочные факторы, затрудняющие исследование. Во-вторых, позволяет изучать объект в некоторых искусственных, например, экстремальных, условиях, когда удается обнаружить удивительные свойства объектов, тем самым глубже постигать их сущность. Очень интересными и перспективными в этом плане являются космические эксперименты, позволяющие изучать объекты в таких особых условиях, как невесомость, глубокий вакуум, которые недостижимы в земных лабораториях. В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его протекание. В-четвертых, многократность, повторяемость эксперимента, который может быть повторен столько раз, сколько необходимо для получения достоверных результатов.

В зависимости от характера задач эксперименты делятся на исследовательские и проверочные. Исследовательские эксперименты позволяют делать открытия, обнаруживать у объекта новые, ранее неизвестные свойства. Так, например, эксперименты в лаборатории Э. Резерфорда показали странное поведение альфа-частиц при бомбардировке ими золотой фольги: большинство частиц проходило сквозь фольгу, небольшое количество частиц отклонялось и рассеивалось, а некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мяч от сетки. Такая картина, согласно проведенным расчетам, получалась из-за того, что вся масса атома сосредоточена в ядре, занимающем ничтожную часть объема атома, и отскакивали обратно альфа-частицы, соударявшиеся с ядром. Так исследовательский эксперимент Резерфорда привел к обнаружению ядра атома, и тем самым к рождению ядерной физики.

Проверочные эксперименты служат подтверждению некоторых теоретических построений. Например, существование целого ряда элементарных частиц (позитрон, нейтрино и др.) было вначале предсказано теоретически.

Измерение — процесс, состоящий в определении количественных значений свойств или сторон изучаемого объекта с помощью специальных технических устройств. Результат измерения получается в виде некоторого числа единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается измеряемый объект. Единицы измерения подразделяются на основные, используемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из базисных с помощью некоторых математических соотношений. Методика построения системы единиц была впервые предложена в 1832 г. Карлом Гауссом. В предложенной системе в основу положены три произвольные единицы: длины (миллиметр), массы (миллиграмм), времени (секунда). Все остальные единицы можно было получить из этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу Гаусса. Кроме того, в физике появились так называемые естественные системы единиц, в которых основные единицы определялись из законов природы. Примером служит система единиц, предложенная Максом Планком, в основу которой были положены «мировые постоянные»: скорость света в вакууме, постоянная тяготения, постоянная Больцмана и постоянная Планка. Исходя из них (и приравняв их к «1»),Планк получил ряд производных единиц: длины, массы, времени, температуры. В настоящее время в естествознании действует преимущественно Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 году Генеральной конференцией по метрам и весам. Данная система является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени и охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами.

На теоретической стадии прибегают к абстракциям и образованию понятий, строят гипотезы и теории, открывают законы науки. К числу общенаучных теоретических методов относят сравнение, абстрагирование, идеализацию, анализ, синтез, дедукцию, индукцию, аналогию, обобщение, восхождение от абстрактного к конкретному. Главная их особенность в том, что это логические приемы, т.е. операции с мыслями, знаниями.

Сравнение — мысленная операция выявления сходства и различия изучаемых предметов. Частным случаем сравнения является аналогия: вывод о наличии того или иного признака у исследуемого объекта делается на основе обнаружения у него целого ряда сходных признаков с другим объектом.

Абстрагирование — мысленное выделение признаков предмета и рассмотрение их отдельно от самого предмета и других его признаков. Идеализация — мысленное конструирование ситуации (объекта, явления), которой приписываются свойства или отношения в «предельном» случае. Результатом такого конструирования являются идеализированные объекты, такие как: точка, материальная точка, абсолютно черное тело, абсолютно твердое тело, идеальный газ, несжимаемая жидкость и др. Благодаря идеализации процессы рассматриваются в «чистом виде», что позволяет выявить законы, по которым эти процессы протекают. Например: допустим, что некто идет по дорожке с багажной тележкой и внезапно перестает ее толкать. Тележка будет двигаться еще некоторое время, пройдя небольшое расстояние, а затем остановится. Можно придумать множество способов удлинения пути, проходимого тележкой после толкания. При этом устранить все внешние воздействия на длину пути невозможно. Но, рассматривая движение тела в «предельном» случае, мы можем заключить, что если совсем устранить внешние воздействия на движущееся тело, то оно будет двигаться бесконечно и при всём этом равномерно и прямолинейно. Такой вывод был сделан Галилеем и получил название «принцип инерции», а наиболее четко сформулирован Ньютоном в виде закона инерции.

С идеализацией связан такой специфический метод как мысленный эксперимент, который предполагает оперирование идеализированным объектом, замещающим в абстракции объект реальный.

Анализ — метод исследования, состоящий в разделении целого на части, с целью их самостоятельного изучения.

Синтез — соединение ранее выделенных частей в целое с целью выявления их взаимосвязи и взаимодействия. Связь анализа и синтеза вытекает из самой природы объектов, представляющих единство целого и его частей. Анализ и синтез обусловливают друг друга.

Индукция — логический метод, основанный на движении мысли от единичного или частного к общему. В индуктивном умозаключении истинность посылок (фактов) не гарантирует истинности выводимого заключения, оно будет лишь вероятностным. Метод научной индукции основан на выяснении причинной (каузальной) связи исследуемых явлений. Каузальность — такое внутреннее отношение между двумя явлениями, когда одно из них порождает, вызывает другое. Это отношение содержит: явление, которое претендует на то, чтобы быть причиной; явление, которому мы приписываем характер действия (следствия), и обстоятельства, в которых происходит взаимодействие причины и действия.

Для причинной связи характерно:

· причина постоянно предшествует своему действию во времени; это значит, что причину данного явления следует искать среди обстоятельств, предшествующих ему во времени, учитывая факт некоторого сосуществования во времени причины и следствия.

· Причина порождает действие, обусловливает его появление; это значит, что одного предшествования во времени недостаточно для каузальной связи, повод — условие, предшествующее возникновению явления, но не порождающее его.

· Связь причины и следствия необходима; это означает, что можно доказать отсутствие причинной связи в случае, когда действие наступает, а предполагаемой причины не наблюдалось.

· Связь причины и действия всеобща; это значит, что каждое явление имеет причину, поэтому, как правило, наличие причинной связи нельзя установить на основании единичного явления, необходимо изучение определенного множества явлений, в рамках которого систематически проявляется искомая причинная связь.

· С изменением интенсивности причины изменяется и интенсивность действия. Это наблюдается тогда, когда причина и следствие определенное время сосуществуют.

На этих свойствах основаны методы открытия причинных связей, разработанные Ф. Бэконом (1561- 1626), а затем усовершенствованные английским философом, логиком, экономистом Джоном Стюартом Миллем (1806-1873). Эти методы получили название методов научной индукции. Всего их пять:

1. Метод единственного сходства: если какое-то обстоятельство постоянно предшествует наступлению исследуемого явления в то время, как иные обстоятельства изменяются, то это условие, вероятно, и есть причина данного явления.

2. Метод единственного различия: если какое-то условие имеет место, когда наступает исследуемое явление, и отсутствует, когда этого явления нет, а все остальные условия остаются неизменными, то, вероятно, данное условие представляет собой причину исследуемого явления.

3. Соединенный метод сходства и различия: если два и большее число случаев, когда наступает данное явление, сходны только в одном условии, в то время как два или более случаев, когда данное явление отсутствует, отличаются от первых только тем, что отсутствует это условие, то это условие, вероятно, и есть причина наблюдаемого явления.

4. Метод сопутствующих изменений: если с изменением условий в той же степени меняется некоторое явление, а остальные обстоятельства остаются неизменными, то, вероятно, данное условие является причиной наблюдаемого явления.

5. Метод остатков: если сложные условия производят сложное действие и известно, что часть условий вызывает определенную часть этого действия, то остающаяся часть условий вызывает остающуюся часть действия.

Дедукция — это движение мысли от общих положений к частным или единичным. Дедукция — общенаучный метод, но особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. В науке Нового времени разрабатывал и пропагандировал дедуктивно-аксиоматический метод познания выдающийся философ и математик Р. Декарт. Его методология была прямой противоположностью эмпирическому индуктивизму Бэкона.

Из общего положения, что все металлы обладают электропроводностью, можно сделать вывод об электропроводности конкретной медной проволоки, зная, что медь — металл. Если исходные общие положения являются истинными, то дедукция всегда будет давать истинный вывод.

Наиболее распространенным видом дедукции является простой категорический силлогизм, в котором устанавливается отношение между двумя крайними терминами S и P на основании их отношения к среднему термину M. Например:

Все металлы (M) проводят электрический ток (P).

Важное место в теории дедуктивных рассуждений занимает также условно-категорическое умозаключение.

Утверждающий модус (modus ponens):

Если у человека повышена температура (a), он болен (b). У этого человека повышена температура (a). Значит, он болен (b).

Как видно, мысль здесь движется от утверждения основания к утверждению следствия: (a —› b,a) —› b.

Отрицающий модус (modus tollens):

Если у человека повышена температура (a), он болен (b). Этот человек не болен (не-b). Значит, у него нет повышенной температуры (не-a).

Как видно, здесь мысль движется от отрицания следствия к отрицанию основания: (a —› b, не-b) —› не-a.

Дедуктивная логика играет важнейшую роль в обосновании научного знания, доказательстве теоретических положений.

Аналогия и моделирование. Оба эти метода основаны на выявлении сходства в предметах или отношениях между предметами. Модель — искусственно созданное человеком устройство, которое в определенном отношении воспроизводит реально существующие предметы, являющиеся объектом научного исследования. Моделирование основано на абстрагировании сходных признаков у разных предметов и установлении между определенного соотношения между ними. С помощью моделирования можно изучать такие свойства и отношения исследуемых явлений, которые могут быть недоступны непосредственному изучению.

В хорошо известной планетарной модели атома его строение уподобляется строению Солнечной системы. Вокруг массивного ядра на разном расстоянии от него движутся по замкнутым траекториям легкие электроны, подобно тому, как вокруг солнца обращаются планеты. В этой аналогии устанавливается, как и обычно, сходство, но не самих предметов, а отношений между ними. Атомное ядро не похоже на Солнце, а электроны — на планеты. Но отношение между ядром и электронами во многом подобно отношению между Солнцем и планетами.

Аналогия между живыми организмами и техническими устройствами лежит в основе бионики. Это направление кибернетики изучает структуры и жизнедеятельность организмов; открытые закономерности и обнаруженные свойства используются затем для решения инженерных задач и построения технических систем, приближающихся по своим характеристикам к живым системам.

Таким образом, аналогия не только позволяет объяснить многие явления и сделать неожиданные и важные открытия, она приводит даже к созданию новых научных направлений или коренному преобразованию старых.

Виды моделирования.

Мысленное (идеальное) моделирование — построение различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Например, в идеальной модели электромагнитного поля, созданной Максвеллом, силовые линии представлялись в виде трубок различного сечения, по которым течет воображаемая жидкость, не обладающая инерцией и сжимаемостью.

Физическое моделирование — воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу, на основе их физического подобия. Оно широко используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (плотин электростанций и т.п.), машин (аэродинамические качества самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе), для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т.д.

Символическое (знаковое) моделирование связано с представлением в качестве моделей разнообразных схем, графиков, чертежей, формул. Особой разновидностью символического моделирования является математическое моделирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов самой различной природы. Взаимосвязи между различными величинами, описывающими функционирование изучаемого объекта, выражается соответствующими уравнениями.

Численное моделирование на ЭВМ основывается на математической модели изучаемого объекта и применяется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели, для чего создается специальная программа. В этом случае в качестве модели выступает алгоритм (программа для ЭВМ) функционирования изучаемого объекта.

3. Формы научного знания

Осваивая действительность самыми разнообразными методами, научное познание проходит разные этапы. Каждому из них соответствует определенная форма знаний. Основными из них являются факт, теория, проблема (задача), гипотеза, программа.

Факт. В обычном смысле слова «факт» (от лат. factum — сделанное, совершившееся) является синонимом слова «истина», «событие», «результат». Как логическая форма факт — суждение о единичном. Например, «Земля обращается вокруг Солнца», «Вода при 100С превращается в пар».

Большую роль в выработке и накоплении фактов в естествознании всегда играли наблюдения и эксперименты. Можно утверждать, что наука начинается с фактов. Каждая научная дисциплина проходит длительный период их накопления. Для естественных наук он охватывает ХV-ХVII века, значительную роль в формировании фактической базы естествознания сыграли великие географические открытия.

Теория является логически организованной системой научных знаний, которая дает целостное и всестороннее описание объекта.

Структура научной теории:

исходный эмпирический базис — факты наблюдений и данные экспериментов;

исходный теоретический базис — аксиомы, постулаты, допущения, законы и т.д.

логический аппарат — правила вывода и доказательства;

совокупность выведенных следствий с их доказательствами.

Функции теории: 1) объяснительная; 2) систематизирующая; 3) предсказательная; 4) методологическая.

1) Объяснить факт — значит, подвести его под эмпирический или теоретический закон, если теория носит завершенный характер. Подчинение факта теории носит дедуктивный характер и принимает форму силлогизма.

2) В процессе систематизации факт (в результате объяснения) включается в более широкий контекст знаний, тем самым происходит установление связей факта с другими фактами и, таким образом, факты приобретают определенную целостность.

3) Предсказание реализуется в способности теории к дальним и точным прогнозам. Предсказательная мощь теории зависит главным образом от двух факторов: во-первых, от глубины и полноты познания сущности явлений, во-вторых, теоретическое предсказание находится в обратной зависимости от сложности и нестабильности исследуемого процесса, и чем сложнее и неустойчивее этот процесс, тем рискованнее прогноз. К самым простым системам причисляют, как известно, системы, изучаемые небесной механикой. Даже простые первоначальные обобщения астрономических наблюдений, сделанные древними китайцами более 2000 лет до н. э., позволили им с большой точностью предсказывать солнечные затмения. Геоцентрическая система Птолемея была более мощной в своих предсказаниях и позволяла предвидеть также расположения планет на небосклоне, моменты равноденствий и др. Пользуясь ею, прокладывали пути своих каравелл Колумб, Васко де Гама, Америго Веспуччи. При этом она была беспомощна во многих предсказаниях, в частности, при определениях длительности года, и, в конце концов, привела к созданию гелиоцентрической системы Коперника, где многие трудности тогдашней астрономии были преодолены.

4) Методологическая функция означает, что теория выступает в качестве опоры и средства дальнейшего исследования. Наиболее эффективный научный метод есть истинная теория, направленная на практическое применение, на разрешение определенного множества задач и проблем. Квантовая теория, например, — не только объяснение процессов атомного масштаба, но и действенный метод дальнейшего познания микромира.

Задача и проблема. Под научной задачей понимают решаемый наукой вопрос, имеющий достаточно средств для своего разрешения. Если же их недостаточно, то он называется научной проблемой. В структуре задачи или проблемы выделяются: 1) неизвестное (искомое); 2) известное (условие или предпосылки задачи или проблемы).

Итак, проблема — это такой научный вопрос, на который нельзя ответить, пользуясь имеющимися в наличии знанием и средствами. Осознание такой ситуации, когда невозможно старыми средствами решить данную задачу, означает наличие проблемной ситуации. Она характеризуется:

1) фиксацией существующего пробела в имеющемся знании, противоречия между знанием и незнанием, известным и неизвестным, осознанием невозможности имеющимися средствами объяснить какие-то факты;

2) осознанием материала и средств, имеющихся в распоряжении исследователя для достижения поставленной цели. Лишь на определенной ступени развития общества приходит время для постановки тех или иных проблем. Каждая проблема — это дитя своего времени.

Противоречия между теорией и фактами — главный источник проблем и задач в науке. Наличие этого противоречия и есть проблемная ситуация. Проблема появляется в результате осознания потребности в разрешении противоречия. Конкретный анализ проблемных ситуаций показывает, что далеко не каждая проблема сразу же приобретает характер вопроса. Не всякое исследование начинается с выдвижения проблемы и кончается ее решением. Нередко бывает так, что проблема формулируется одновременно с ее решением. Иногда бывает даже, что она осознается полностью только через некоторое время после решения. Зачастую поиск проблемы сам вырастает в отдельную проблему, решение которой требует особого таланта. «Великая проблема, — писал Ф. Ницше, — подобна драгоценному камню: тысячи проходят мимо, пока, наконец, один не поднимет его».

Сложность процесса созревания и раскрытия проблем хорошо чувствуют сами ученые, постоянно сталкивающиеся с самыми разнообразными проблемами. Альберт Эйнштейн говорил о том, что сформулировать проблему часто важнее и труднее, чем решить ее.

Таким образом, в содержание проблемы входит знание о том, чего можно достичь при имеющихся в наличии предпосылках. В этом смысле проблема есть способ организации научного исследования. Она ориентирует исследование в определенном направлении и указывает на все возможные известные средства, которые необходимо применить для получения нового знания. Поскольку между знанием и незнанием существует некая связь, научная проблема в процессе исследования перерастает в гипотезу.

Гипотеза. В первоначальном значении термин «hypothese» означал недоказанное утверждение, принимаемое с целью доказательства. Отсюда легко делался вывод, что гипотеза опережает всякое доказательство, и значит, гипотеза есть создание ума, предоставленного самому себе. Поэтому знанию, претендующему на объективность, следует избегать гипотез. «Гипотез не измышляю!» — этими словами Ньютона можно выразить негативное отношение к гипотезе как источнику заблуждений, которое сложилось в бурно развивающемся естествознании Нового времени. Ученые XVI-XVIII вв., тем не менее, пользуются гипотезами, выдвигают их, тем самым, доказывая, что научное познание невозможно без гипотез. Дидро, Пристли, Ломоносов — первыми сделали решительный шаг по пути признания роли гипотез в научном исследовании. Теория и эксперимент связаны прочными узами: все в эксперименте делается для того, чтобы открыть какую-нибудь гипотезу, гипотеза, в свою очередь, ведет к новым экспериментам, которые дают новые факты, развивающие знание об объекте.

Гипотеза — это научное предположение, опирающееся на факты, выраженное в форме суждения, или системы взаимосвязанных суждений, о причине, механизме изучаемых явлений. По своей логической структуре гипотеза является вероятностным суждением, т.к. истинность ее не определенна. По своей познавательной функции гипотеза выступает либо как форма развивающегося знания от проблемы к теории, либо как структурный элемент теории. Гипотеза как процесс мышления складывается из двух последовательных этапов: 1) построение гипотезы; 2) обоснование ее логическими методами.

Построение гипотезы начинается с выдвижения предположения о возможной причине интересующего нас явления. Это сложный логический процесс, в котором используются различные методы: индукция, дедукция, аналогия, анализ, синтез. Мышление идет от анализа фактов к заключению о причинах явлений и, следовательно, к объяснению фактов. Опора на факты, их анализ — вот что отличает гипотезу от простой догадки, фантазии или вымысла. Для построения гипотезы, поэтому, следует оперировать как можно большим объемом фактического материала.

Гипотезы возникают не только для объяснения эмпирического материала, но и для разрешения противоречий, появляющихся на теоретическом уровне. Например: 200 лет в физике сосуществовали две теории света: корпускулярная (Ньютона) и волновая (Гюйгенса). Луи де Бройль в 20-е годы ХХ в. выдвинул гипотезу, что любая частица, независимо от ее движения, есть одновременно и волна, и корпускула. В результате этого два обособленных раздела физики — механика и волновая оптика — оказались взаимосвязаны.

Таким образом, гипотеза может возникать как путем индуктивного обобщения опытных данных, так и в результате интуиции и последующей дедукции.

Проверка (доказательство) гипотезы — необходимый этап на пути движения научного познания к достоверному знанию, и, чтобы стать достоверным, оно должно быть обосновано. В процессе проверки гипотеза либо принимается, т.е. входит в качестве элемента в научную теорию или же сама превращается в теорию, либо отвергается. Проверка гипотезы на ее состоятельность проходит последовательно два этапа: из данной гипотезы выводятся логические следствия, и затем проводится их эмпирическая проверка с целью установления соответствия следствий и данных опыта. Если соответствие установлено, то гипотезу можно применять в качестве научного предположения. Дополнительная достоверность гипотезы определяется тем, что следствия, выводимые из нее, предсказывают факты, существование которых подтверждается ходом исследований. В этом состоит эвристическая роль гипотезы. На основе квантово-релятивистской теории Поль Дирак предположил, что существует частица, сходная с электроном, но противоположная по заряду, и предвосхитил открытие позитрона. Состоятельность гипотезы проверяется и путем сопоставления ее следствий с теоретическими положениями, истинность которых доказана. Если нет противоречия, то можно говорить о ее достоверности.

Очень часто ученым приходится безвозвратно отказываться от гипотезы в связи с ее опровержением. Такая судьба, например, оказалась у гипотезы истечения Ньютона, в которой считалось, что скорость распространения света в стекле, воде и т.д. является более высокой, чем в воздухе, у гипотезы вечного двигателя в связи с открытием законов сохранения и др.

Обычно при анализе фактических данных выдвигается несколько гипотез, объясняющих данный класс явлений, — так называемые «конкурирующие гипотезы». В борьбе конкурирующих гипотез большую роль играют «решающие эксперименты». Они проводятся тогда, когда из этих гипотез удается вывести следствия, противоречащие друг другу, но которые можно сопоставить с данными эксперимента. Подтверждение следствий одной гипотезы будет свидетельствовать об опровержении следствий другой. Это значит, что и гипотеза, из которой получены такие следствия, также признается ложной. Гипотеза, альтернативная ей, хотя и не признается пока истинной, но приобретает большую вероятность.

Требования к гипотезе:

Гипотеза должна быть принципиально проверяемой, т.к. ее содержание должно быть сопоставимо с содержанием эмпирических данных.

Гипотеза должна быть обоснована не только эмпирически, но и теоретически (не противоречить установленным наукой законам).

Гипотеза не должна быть внутренне противоречивой.

Простота гипотезы. Из «конкурирующих» гипотез выбирается та, которая является наиболее простым объяснением. Сами ученые называют это требование «бритвой Оккама» по имени философа Уильяма Оккама. Смысл этого правила в том, что более простые объяснения природных явлений с большей вероятностью могут оказаться правильными, чем более сложные. Если мы располагаем двумя гипотезами, объясняющими одни и те же явления, то следует выбирать ту из них, которая включает наименьшее из возможных число допущений или сложных выкладок, отсекая (как бритвой) те, которые содержат избыточные принципы. «Бритва Оккама» оказалась исключительно полезным методологическим правилом, однако в современной науке его применяют с осторожностью, т.к. он не является верным в каждом конкретном случае.

Закон науки. Чаще всего научное познание связано с поиском универсальных общезначимых и достоверных законов, которые могут быть в любой момент экспериментально проверены. Научные дисциплины такого типа называют номологическими (от греч. nomos- закон). К ним относится большая часть научных дисциплин. Закон — устойчивая повторяющаяся связь явлений. Установление законов науки связано с обнаружением повторяемых и воспроизводимых феноменов. Законы науки играют роль важнейших принципов объяснения каких-либо фактов. Поэтому закон является главным структурным элементом научной теории. Противоречие фактов закону, как мы уже видели, означает проблемную ситуацию, разрешением которой является гипотеза. Например, проводившиеся в Х1Х в. наблюдения за движением планеты Уран показали, что оно противоречит предсказаниям, сделанным на основании законов Ньютона. Это влекло за собой предположение о ложности законов Ньютона. При этом вместо того, чтобы опровергать законы Ньютона, Леверье и Адамс выдвинули догадку о том, что вблизи Урана может находиться не обнаруженная до сих пор планета, которая и отвечает за аномальное движение Урана. Галле занялся поисками этой планеты. Так была открыта планета Нептун.

В зависимости от методологии законы науки делятся на эмпирические, полученные с помощью индуктивного обобщения, и теоретические, полученные путем идеализации.

Научная программа. Достижение научных целей невозможно без решения комплексов проблем и задач. Для обозначения этих комплексов в методологию научного познания было введено понятие «научная программа». Научная программа представляет собой систему целей, средств, ценностей. В рамках научной программы формулируются общие теоретические положения, задаются идеалы научного познания и организации научного знания, его оценки.

4. Принципы естествознания. Способы обоснования (модели) естественнонаучного знания

Принципы естествознания:

Формально-логические принципы: обоснованности, однозначности, непротиворечивости, полноты, которые выражаются в основных законах логики:

Закон тождества — в процессе рассуждения всякая мысль должна оставаться равной самой себе ( А=А)

Закон непротиворечия — никакое суждение и его отрицание не могут быть истинными в одно и то же время (неверно, что А и не-А)

Закон исключенного третьего — из двух противоречащих суждений только одно является истинным (либо А, либо не-А)

Закон достаточного основания — каждая мысль должна быть достаточно обоснованной.

А также принцип соответствия: должно быть соответствие между старой и новой теорией, в некотором пределе математический аппарат новой теории должен совпадать с математическим аппаратом старой теории.

Эмпирические принципы (верификация — соответствие фактам): согласованность теоретических утверждений с фактическим материалом, возможность их эмпирического подтверждения и опровержения. От научных положений требуется, чтобы они допускали принципиальную возможность опровержения (фальсификация) и предполагали определенные процедуры своего подтверждения. Если этого нет, то относительно какого-то положения нельзя сказать, какие ситуации и факты несовместимы с ним, а какие — поддерживают его. Например, в начале ХХ века биолог Г. Дриш попытался обосновать наличие у живых существ так называемой «жизненной силы», заставляющей их вести себя определенным образом. Эта сила, названная им «энтелехией», имеет различные виды в зависимости от стадии развития организма. В простейших организмах энтелехия сравнительно проста, у человека она значительно сложнее и отвечает за все, что происходит в его теле. Дриш не определял, чем энтелехия, например, дуба отличается от энтелехии бегемота. Он просто утверждал, что каждый организм имеет собственную энтелехию. Законы биологии он истолковывал как проявление энтелехии. Так, например, если полностью отрезать у морского ежа конечность, он не выживет; если отрезать другим способом, то еж выживет, и у него вырастет неполная конечность; если разрез сделать иначе и на определенной стадии роста ежа, то конечность восстановится полностью. Можно ли было эмпирически проверить наличие энтелехии? Нет, поскольку она ничем себя не проявляла. Гипотеза энтелехии ничего не добавляла к научному объяснению, и вскоре была отброшена как бесполезная.

Прагматические принципы:

принцип простоты — требование использовать при объяснении изучаемого объекта как можно меньше независимых допущений, которые при всём этом должны быть как можно более простыми;

принцип привычности — требование объяснять, насколько это возможно, новые явления с помощью известных законов;

принцип технологической применимости — требование максимальной эффективности практического применения полученного знания.

В истории естественнонаучного познания сложились три модели построения научного знания (или теории):

Дедуктивно-аксиоматическая модель — способ построения научного знания, при котором в основу кладутся некоторые исходные положения, не требующие доказательства в силу своей очевидности, — аксиомы или постулаты. Все остальные утверждения выводятся из них чисто логическим дедуктивным путем, посредством доказательства. Исходные положения, принимаемые без доказательства, называются постулатами, положения, доказываемые на их основе, — теоремами. Аксиоматический метод зародился в Древней Греции и приобрел известность благодаря «Началам» Эвклида — это было первое аксиоматическое истолкование геометрии.

В настоящее время дедуктивно-аксиоматическая модель стала использовать особый подход — формализацию. В научном исследовании стали применяться формализованные (искусственные) языки. Процесс формализации связан с наличием трех условий: 1) алфавита — определенного набора знаков, имеющих только одно значение; 2) алгоритма — правил перевода научных высказываний на язык формул; 3) правил вывода.

Формализованные языки имеют перед естественным языком важнейшие преимущества: 1) возможность проведения исследования чисто формальным путем (оперирование знаками) без непосредственного обращения к объекту;

2) моносемичность (каждый знак имеет только одно значение). При этом возможности любого формализованного языка остаются принципиально ограниченными, что показал в своей знаменитой теореме неполноты в начале 30-х годов ХХ в. австрийский математик и логик Курт Гёдель. Дедуктивно-аксиоматическая модель обоснования научного знания лежит в основе концепции рационализма.

2. Индуктивистская модель связана с принципами научной индукции. Как мы уже выяснили, научная индукция основана на выявлении причинной связи между явлениями (каузальное объяснение). Эта модель обоснования научного знания лежит в основе концепции эмпиризма.

3. Гипотетико-дедуктивная (стандартная) модель представляет собой взаимосвязь индукции и дедукции и является способом получения теоретических законов с помощью гипотез. Суть этой концепции состоит в следующем: единообразие мира, которое наука выражает в виде законов различной степени общности; познание начинается с фактов, т.е. результатов наблюдений и экспериментов; в процессе обобщения фактов (индукция) формулируются эмпирические законы, которые объясняют именно данные факты. При этом от фактов и эмпирических законов нет прямого пути к теоретическим законам. Из теоретических законов можно дедуцировать эмпирические законы, но сами теоретические законы получены путем гипотезы (догадки). Именно в этом контексте становится понятной фраза Эйнштейна о том, что никакой логический путь не ведет от наблюдений к основным принципам теории. Возникновение догадки — это иррациональный компонент познания, в этом процессе огромная роль принадлежит интуиции.

Если же рассматривать знание о природе с точки зрения его формы и используемого языка, то можно выделить такие виды естествознания, как: математическое, таксономическое и дескриптивное. Математическое естествознание — высшая форма развития научного знания. Наиболее математизированной из всех наук о природе является физика, затем химия, которая в своем учении об атомно-молекулярной структуре вещества тесно связана с физикой. Математический аппарат используется и в биологии, а также в других естественных науках, однако в них он не является основным способом изложения знания, здесь главную роль играют классификации (таксономия) и описание (дескрипция).

Блестящим примером научной классификации является периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Она фиксирует закономерные связи между химическими элементами и определяет место каждого из них в единой таблице. Это позволило сделать замечательно подтвердившиеся прогнозы относительно неизвестных еще элементов.

Всеобщую известность в ХVIII — ХIХ вв. получила классификация живых существ К. Линнея. Он видел задачу описательного естествознания в расположении объектов наблюдения — элементов живой и неживой природы — в строгий порядок по ясным и конкретным признакам. Классификация должна была выявить строгие закономерности и порядок в строении мира, с помощью которых можно было бы дать полное и глубокое объяснение природы.

В описательных науках мысль исследователя вынуждена обращаться непосредственно к данным наблюдения и эксперимента, здесь реже удается обнаружить закономерные связи. Описательные методы широко используются в биологии, медицине и т.п. Описание изучаемых явлений может быть словесным, графическим, схематическим. Для некоторых особенно сложных явлений этот метод является наиболее подходящим; сами явления таковы, что они не подчиняются жестким требованиям гипотетико-дедуктивного метода.

Основные понятия темы:

Природа — это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной.

Метод — совокупность принципов, правил и приемов практической и теоретической деятельности.

Эмпиризм — направление в методологии, признающее опыт единственным источником достоверного знания, сводящее содержание знания к описанию этого опыта.

Рационализм — направление в методологии, согласно которому достоверное знание дает только разум, логическое мышление.

Факт — 1) действительное событие, то, что существует на самом деле;

2) (научный факт) — суждение о единичном, полученное в результате наблюдения, эксперимента.

Принцип — сложная, концентрированная форма знания, которая аккумулирует в себе основное направление исследования, его «дух».

Теория — логически организованная система научных знаний, которая дает целостное и всестороннее описание объекта.

Проблема — это такой научный вопрос, на который нельзя ответить, пользуясь имеющимися в наличии средствами.

Концепция — основной способ понимания, трактовки каких-либо явлений.

Гипотеза — это научное предположение, опирающееся на факты, выраженное в форме суждения, или системы взаимосвязанных суждений, о причине, механизме изучаемых явлений.

Верификация (эмпирическое подтверждение) — процедура проверки научных высказываний через сведение их к опыту.

Натурфилософия — умозрительный подход к пониманию природы как целого.

Тема 3. Динамика естествознания и тенденции его развития

1. Возникновение естествознания. Проблема начала науки

Для понимания того, что представляет собой современное естествознание, важно выяснить, когда оно возникло. Существует несколько точек зрения по вопросу о начале науки. Иногда отстаивается позиция, что естествознание возникло в каменном веке, когда человек стал накапливать и передавать знания о мире. Джон Бернал в книге «Наука в истории общества» пишет: «Так как основное свойство естествознания заключается в том, что оно имеет дело с действенными манипуляциями и преображениями материи, главный поток науки вытекает из практических технических приемов первобытного человека…»

Некоторые историки науки считают, что естествознание возникло в Древней Греции, где на фоне разложения мифологического мышления возникают первые программы исследования природы. Уже в Древнем Египте и Вавилоне были накоплены значительные математические знания, но только греки начали доказывать теоремы. Если науку трактовать как знания с его обоснованием, то вполне справедливо считать, что она возникла примерно в V веке до н.э. в городах-полисах Греции — очагах будущей европейской культуры.

Большинство историков науки считает, что о естествознании в современном значении этого слова можно говорить только начиная с ХVI- ХVII вв. Это эпоха научной революции, связанная с именами И. Кеплера, Х. Гюйгенса, Г. Галилея, И. Ньютона. Рождение естествознания в этом случае отождествляется с рождением современной физики и необходимого для нее математического аппарата. В это же время происходит становление науки как социального института. В 1662 г. возникает Лондонское Королевское общество, в 1666 г. — Парижская Академия Наук.

Существует точка зрения, что современное естествознание возникло в конце ХIХ в. В это время наука оформляется в особую профессию благодаря в первую очередь реформам Берлинского университета, проходившим под руководством Вильгельма Гумбольдта. В результате этих реформ появилась новая модель университетского образования, в которой обучение совмещено с научно — исследовательской деятельностью. Эта модель науки была лучше всего реализована в лаборатории известного химика Ю. Либиха в Гессене. Процесс превращения науки в профессию завершает ее становление как современной науки.

Таким образом, наука — это сложное многогранное социальное образование, поэтому в зависимости от того, какой аспект ее развития мы делаем предметом анализа, мы получим разные точки отсчета возникновения науки:

— как знания и деятельность по производству этих знаний — с начала человеческой культуры;

— как форма общественного сознания — Др. Греция V века;

— как социальный институт — Новое время;

— как система подготовки кадров — середина ХIХ века;

— как непосредственная производительная сила — вторая половина ХХ века.

2. Основные модели развития естественнонаучного знания

В методологии науки существует множество моделей логики развития научного знания, но некоторые из них все же являются приоритетными. Рассмотрим некоторые из них.

Концепция развития науки, разработанная американским философом Томасом Куном и представленная в его книге «Структура научных революций», еще в 60-е годы ХХ века собрала наибольшее число сторонников. Т. Кун отметил такой интересный факт: ученые-обществоведы спорят, в основном, по фундаментальным вопросам, представители естествознания по таким вопросам спорят очень редко, только тогда, когда их науки переживают кризис. Обычно естествоиспытатели долго работают в определенных рамках, очерченных фундаментальными научными открытиями.

Т. Кун ввел понятие «парадигма» (признанная научным сообществом модель постановки и решения проблем). В рамках парадигмы формулируются общие базисные положения, используемые в теории, задаются идеалы научного объяснения и организации научного знания, его оценки.

Парадигма содержит особый способ организации знания, влияющий на выбор направления исследований и образцы решения конкретных проблем. Сама парадигма не выполняет непосредственно объяснительной функции и не является теорией, хотя и основана на определенной фундаментальной теории. Она выступает в роли предпосылки построения и обоснования различных теорий и определяет стиль научных исследований. Т. Кун причислял к парадигмам в истории науки аристотелевскую динамику, птолемеевскую астрономию, ньютоновскую механику и т.д.

Развитие научного знания внутри парадигмы получило название «нормальной науки». Смена парадигм является научной революцией. Например, смена классической ньютоновской физики релятивистской эйнштейновской.

Таким образом, согласно модели Куна, развитие науки представляет собой единство экстенсивного («нормальная наука») и интенсивного (научная революция) этапов. Утверждение новой парадигмы происходит в условиях огромного противодействия сторонников прежней. Поскольку новых подходов может быть несколько, то выбор принципов, составляющих будущую парадигму, происходит не рациональным способом, а скорее в результате иррационального акта веры в то, что мир устроен именно так.

В ответ на это появились другие альтернативные модели науки. Имре Лакатос (Лакатош) предложил методологию научно-исследовательских программ, которая в отличие от модели Т. Куна основана на выборе одной из конкурирующих программ путем применения четких, рациональных критериев. История развития науки — это конкуренция научно — исследовательских программ, имеющих следующую структуру:

— «жесткое ядро», заключающее в себе исходные положения, неопровержимые для сторонников программы.

— «защитный пояс» — включает гипотезы, изменения в нем не затрагивают «жесткого ядра».

— «негативная эвристика» — защита ядра программы с помощью вспомогательных гипотез и допущений, которые снимают противоречия с аномальными фактами.

— «позитивная эвристика» — предположения, направленные на то, чтобы изменять и развивать «опровержимые варианты» исследовательской программы, т.е. определять проблемы, выделять защитный пояс вспомогательных гипотез, предвидеть аномалии и т.п. Ученые, работающие в рамках какой-либо научно-исследовательской программы, могут долгое время игнорировать противоречивые факты и критику. Они считают, что решение конструктивных задач, которое определяется «позитивной эвристикой», приведет к объяснению непонятных фактов. Это дает устойчивость развитию науки. При этом позитивная эвристическая сила любой научно-исследовательской программы все же исчерпывает себя и на смену ей приходит другая. Такое вытеснение одной программы другой является научной революцией.

Таким образом, источником развития науки является конкуренция научных программ, обусловливающая непрерывный рост научного знания.

Третья модель развития науки принадлежит американскому философу К. Попперу. Она получила название «концепции перманентной революции». В ее основе лежит принцип фальсификации: теория считается научной, если она опровержима. Прямое подтверждение теории часто затруднено невозможностью учета всех частных случаев ее действия, а для опровержения теории достаточно всего одного случая, с ней не совпадающего. Если теория сформулирована так, что ситуация, в которой она будет опровергнута, может существовать, то она является научной. Теория, не опровержимая в принципе, не может быть научной. Познание идет в направлении: теория — факты — новые проблемы. Развитие науки и есть движение от одних проблем к другим в ходе непрерывной революции.

3. Научные революции и смена картин мира

Естествознание — это такая система знаний о природе, которая представляет собой нечто единое и цельное. Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие естественнонаучной картины мира (ЕНКМ), под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе объяснения природы. (Картина мира — целостный, непротиворечивый образ действительности).

Как правило, в формировании такой картины важную роль играют концепции и теории наиболее развитых отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве его лидеров. Это не означает, что другие науки не участвуют в формировании картины природы. ЕНКМ — результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей естествознания. ЕНКМ оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и гуманитарные, и определяет научный климат эпохи.

ЕНКМ — целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы, возникающая в результате синтеза основных естественнонаучных принципов.

История естествознания свидетельствует о том, что лидером естествознания была и остается физика — наиболее развитая и систематизированная наука о природе. Когда формировалось мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, и складывалась научная картина мира, ее определяли именно принципы и концепции физики.

В истории естествознания сменяли друг друга физические картины мира:

Механическая картина мира (МКМ)

Электромагнитная картина мира (ЭМКМ)

Квантово-релятивистская картина мира (КРКМ).

Как видно, физическая картина мира обусловлена той фундаментальной теорией, с помощью которой объясняли или пытались объяснить любые явления природы. Рассмотрим особенности каждой из них.

Характерные особенности механической картины мира:

— атомизм — учение о мире как совокупности огромного числа неделимых частиц, перемещающихся в пространстве и времени. Поэтому МКМ часто называют корпускулярной концепцией природы. Материя — это атомы.

— движение — ключевое понятие, из него выводились понятия силы, массы, тяготения. (Ньютон: законы движения есть законы мироздания).

— принцип дальнодействия (Ньютон): взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников;

— принцип абсолютности пространства и времени, которые не связаны с движением тел. Пространство является пустым вместилищем тел, время — чистая длительность.

— принцип детерминизма: любые события жестко предопределены законами механики. Согласно этому принципу можно точно и однозначно определить состояние механической системы ее предыдущим состоянием, случайности исключаются.

— принцип редукционизма: сведение закономерностей более высоких форм движения материи к законам простейшей формы — механической. Образ мира — машина, совершенный часовой механизм.

Световые, тепловые, электрические, магнитные явления не вписывались в механическую картину мира.

Электромагнитная картина мира.

Майкл Фарадей ввел понятие электромагнитного поля, проводил опыты по его изучению, пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными. (Континуальность — непрерывность). На основе опытов по изучению электромагнитного поля Джеймс Клерк Максвелл создал электромагнитную теорию, которая легла в основу новой картины мира.

Основные черты ЭМКМ:

— электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Поэтому ЭМКМ называют континуальной концепцией природы.

— в корне изменились взгляды на материю, пространство, время и силу. Материя — единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами (электрическими зарядами) и волновое движение в нем (колебания). Движение не есть механическое перемещение, а распространение колебаний в поле, которые описываются не законами механики, а законами электродинамики.

— пустого пространства нет, так как поле является абсолютно непрерывной материей. Реляционное понимание пространства и времени. Пространство и время зависят от материи.

— принцип близкодействия (Фарадей): любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

— принцип детерминизма стал включать понятие вероятности. Случайность — форма проявления необходимости.

— отказ от механистического редукционизма.

Квантово-релятивистская картина мира.

В современной физике в основе объяснения мира лежат две фундаментальные теории — квантовая теория и теория относительности Эйнштейна. Хотя они и пересекаются, но относятся к разным уровням наблюдения. Квантовая теория необходима для изучения явлений на микроуровне (атомы, ядерные и субъядерные феномены), теория относительности относится к астрономическим скоростям и расстояниям.

Характерные черты КРКМ:

— Корпускулярно-волновой дуализм.

— Основным материальным объектом является квантовое поле, переход которого из одного состояния в другое меняет число частиц. Основная особенность элементарных частиц — универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость.

— Движение — частный случай физического взаимодействия. Известны 4 вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи всегда конечна и не может превышать скорость света в вакууме (300 тыс. км/сек).

— Окончательно утверждается принцип относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство-время образуют единый четырехмерный континуум.

— Закономерность и причинность выступают в вероятностной форме, так называемых, статистических законов.

— В картину мира включается наблюдатель, от присутствия которого зависят исследуемые свойства объектов. Мир предстает как мыслеобраз.

К концу ХХ в. облик естествознания существенно изменился. Изменения в фундаментальных науках определяют общие контуры новой научной картины мира. Для нее характерны:

— глобальный эволюционизм — применение идеи развития ко всей материи, в том числе и Вселенной в целом. Эволюционная концепция проникла во все естественные науки — от физики до геологии. Возникающие в результате процессов дифференциации и интеграции новые научные дисциплины изначально эволюционны (экология, биогеохимия, антропология).

— рассмотрение всех процессов природы с точки зрения самоорганизации (теория самоорганизации — синергетика). Синергетика пытается открыть универсальный механизм, осуществляющий самоорганизацию как живой, так и неживой природы. Самоорганизация понимается как спонтанный (самопроизвольный) переход открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным. Открытые системы — это системы, которые обмениваются веществом, энергией с внешней средой. Неравновесные — это системы, которые находятся в состоянии, далеком от термодинамического равновесия (= максимальная энтропия, т.е. хаос).

— системность — принцип, согласно которому все в мире, в том числе и сама Вселенная, имеет системную организацию, т.е. образовано из множества элементов разного уровня сложности и упорядоченности. Для системы характерны: интегративность, иерархичность, субординация элементов.

— историчность означает принципиальную незавершенность научной картины мира.

Развитие естествознания вело к смене картин мира, а значит, к смене основных принципов и законов объяснения природы. Этот период развития естествознания принято называть революционным. Научная революция — это интенсивный период развития науки, ведущий к радикальным изменениям в системе знаний, в принципах и методах научного познания. Для научной революции всегда характерно возникновение кризисных ситуаций, связанных с коренной ломкой устоявшихся господствующих представлений о природе. В истории науки выделяют несколько типов научных революций:

частная — затрагивает одну область знания;

комплексная — затрагивает ряд областей знания;

глобальная — радикально меняет основания науки.

В истории науки глобальных революций было три: В VI — IV вв. до н.э. возникла наука как рациональный способ познания мира; ХVI-ХVII вв. — революция привела к созданию классического естествознания; ХХ в. — научно-техническая революция — вела не только к радикальным изменениям в науке и технике, но и к масштабным социально-экономическим преобразованиям, в том числе качественным изменениям в производительных силах общества.

Итак, глобальная научная революция означает «потрясение основ», в результате которого происходит смена парадигм. В истории развития естествознания принято выделять три глобальные научные революции и называть по именам ученых, сыгравших в них решающую роль: аристотелевская, ньютоновская и эйнштейновская.

В VI — IV вв. до н.э. возникла наука как рациональный способ познания мира. Аристотель создал формальную логику — науку о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания. Аристотель впервые предметно дифференцировал научное знание: отделил науки о природе от метафизики (философии) и математики. Аристотелевские нормы научности знания, способы обоснования в науке успешно использовались в течение 1000 лет, а законы формальной логики действуют и поныне.

Революция в естествознании, начавшаяся в 90-х гг. ХIХ в. и продолжавшаяся до середины ХХ в. также носила глобальный характер. Она началась в физике, а затем распространилась на все остальные науки.

I этап (90-е гг. ХIХ в. — 20-е гг. ХХ в.): были сделаны открытия, в корне изменившие научные представления о мире,-

электромагнитных волн (Герц);

коротковолнового электромагнитного излучения (Рентген);

радиоактивности (Беккерель);

электрона (Томсон);

светового давления (Лебедев);

идеи кванта (М. Планк);

создание теории относительности (Эйнштейн) и др.

Крушение прежних представлений о материи и ее строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени получило название «кризиса физики», которое обозначало кризис механистических оснований классической науки.

II этап (сер. 20-х гг. — 40-е гг. ХХ в.) — создание квантовой механики и соединение ее с теорией относительности в новой квантово-релятивистской картине мира.

III этап (40-е — 70-е гг. ХХ в.) — овладение атомной энергией, создание ЭВМ и кибернетики, начало освоения космоса и развитие космонавтики и др. Научная революция соединяется с технической, что приводит к НТР.

В настоящее время происходит очередная глобальная революция, в результате которой рождается новая наука — постнеклассическая, в которой сосуществуют несколько парадигм.

4. Классическое, неклассическое и постнеклассическое естествознание

Тенденции современного естествознания.

Классическая наука сложилась в результате революции ХVI — ХVII вв. и охватывает период с ХVIII в. по 20-е гг. ХХ в., т.е. до появления квантово-релятивистской картины мира.

Специфика классической науки:

— стремление к завершенной системе знаний;

— ориентация на классическую механику, ее законы и принципы;

— механическая картина мира: мир — гигантский механизм.

— механистический детерминизм, который трактовал все типы взаимосвязи и взаимодействий как механические и отрицал объективный характер случайности. (Б. Спиноза: случайным мы называем явление только по причине недостатка наших знаний о нем.) Следствием механистического детерминизма является фатализм — учение о всеобщей предопределенности явлений.

— субстанционализм — поиск первоосновы.

— принцип отражения — познание как зеркальное отображение действительности, следствием чего является признание объективности знания.

— принцип абсолютности знания — знание абсолютно достоверно, а потому и неизменно.

— Механицизм и метафизика: природа — неизменное, всегда тождественное, неразвивающееся целое. (Метафизика понимается здесь как познание явлений вне связи и вне развития.) Отсюда следует, что если все в мире подчиняется законам механики, то человек — тоже машина, а жизнь ничтожна и случайна. Все существующее подчиняется действию, так называемых, динамических закономерностей, которые повторяются в каждом конкретном случае и имеют однозначный характер. Механистический детерминизм абсолютизировал динамические закономерности. Утверждалось, что, зная состояние объекта в исходный момент времени, можно определенно предсказать его состояние в любой другой момент времени, т.е. механический процесс носит линейный характер, а время обратимо.

Основные черты неклассической науки (10-20-е гг. — 70-80-е гг. ХХ в.):

— отказ от классической механики как основы познания и объяснения действительности, замена ее квантово- релятивистскими теориями;

— разрушение классической модели мира — механизма. На смену пришла модель мира-мысли;

— смена стиля мышления как отказ от механистических и метафизических установок;

— вероятностный детерминизм выражается в отказе от динамических и введении статистических закономерностей. Статистические закономерности проявляются в массе явлений, имеют форму тенденции и описывают состояние объекта с определенной долей вероятности. Статистическая закономерность возникает как результат взаимодействия большого числа элементов и поэтому характеризует их поведение в целом. Необходимость здесь проявляется через действие множества случайных факторов. Пример статистических закономерностей — законы квантовой механики и законы в обществе и истории. Понятие вероятности в статистических закономерностях выражает степень возможности наступления, осуществимости явления или события в конкретных условиях. Вероятность — это количественное выражение (мера) возможности: если вероятность события равна единице, то это действительность, при вероятности ноль — наступление события невозможно, между единицей и нулем — вся шкала возможностей;

— активная роль исследователя в познании, признание влияния исследователя, приборов и условий на проводимый эксперимент и полученные в ходе него результаты;

— отказ от субстанционализма, т.к. материя неисчерпаема вглубь.

Основные черты постнеклассической науки (с 80-х гг. ХХ в.):

— глобальный эволюционизм: идея эволюции вышла за рамки биологии, естествознание ведет поиск закономерностей и механизмов эволюции на всех уровнях организации материи;

— самоорганизация материальных систем: развитие сложных, открытых, нелинейных, неравновесных систем ведет к переходу их в неустойчивое состояние, выход из которого осуществляется путем перестройки элементов системы, возникает согласование поведения элементов, приводящее в качественно новое состояние с упорядоченной структурой. Поскольку существует множество возможных ходов развития, то выбор одного из них случаен. Порядок возникает из хаоса, случайность встроена в механизм эволюции;

— антропный принцип: наблюдатель осознает себя частью исследуемого мира, активно взаимодействует с наблюдаемым объектом. Поэтому Вселенная такова, какая она есть, потому, что в ней существует человек (наблюдатель);

— плюрализм истины: нет застывшего, неизменного образа объекта;

— антиредукционизм: отказ от возможности объяснить сложное чем-то простым, элементарным. Мир состоит не из элементов-кирпичиков, а из совокупности процессов — вихрей, волн, турбулентных движений, и представляет собой бесконечное многообразие взаимодействующих открытых систем с обратной связью.

— комплексность науки: преобладают процессы интеграции, ведущие к интенсификации междисциплинарных исследований.

Основные понятия темы:

Парадигма (Т. Кун) — признанная научным сообществом модель постановки и решения проблем.

Принцип фальсификации (К. Поппер) — это принцип, позволяющий отличать научное знание от ненаучного, утверждающий принципиальную опровергаемость любой научной теории.

Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ) — система важнейших принципов и законов, лежащих в основе объяснения природы как единого целого.

Принцип дальнодействия (Ньютон) — взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.

Принцип редукционизма — сведение закономерностей более высоких форм движения материи к законам простейшей формы — механической.

Принцип детерминизма — признание всеобщей обусловленности явлений и событий. Механистический детерминизм признает необходимость и отрицает случайность в природе. Вероятностный детерминизм рассматривает случайность как форму проявления необходимости.

Принцип близкодействия (Фарадей) — любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Вероятность — количественное выражение (мера) возможности наступления какого-либо события (явления) в конкретных условиях.

Корпускулярно-волновой дуализм — признание двойственной природы объектов микромира, которые одновременно обладают свойствами волны и частицы (корпускулы).

Динамические закономерности характеризуют поведение изолированных, индивидуальных объектов и позволяют установить точно определенную связь между отдельными состояниями объекта, они выражают однозначный характер связи.

Статистические закономерности — результат взаимодействия большого числа элементов и характеризуют их поведение в целом. Иначе их называют законами средних величин.

Глобальный эволюционизм — применение идеи развития ко всей материи, в том числе и Вселенной в целом.

Синергетика — теория самоорганизации.

Научная революция — это интенсивный период развития науки, ведущий к радикальным изменениям в системе знаний, в принципах и методах научного познания.

Тема 4. История естествознания

1. Знание о природе в древних цивилизациях

Тяжелой, полной опасности была жизнь людей в первобытном обществе. Им непрерывно угрожал голод, холод, эпидемии и междоусобные войны. Чтобы обеспечить себя продуктами питания, необходимо было собирать съедобные растения, охотиться на диких зверей, ловить рыбу. Собирательство позволило накапливать знания о свойствах растений и почвы, которые позже сыграли большую роль в распространении земледелия. В процессе охоты древний человек наблюдал за повадками животных. Пещерная живопись свидетельствует о том, что древних интересовало строение тела животных. На стенах пещер сохранились изображения костей, сердца, внутренностей животных. Всё это пригодилось тем, кто позднее начал заниматься скотоводством.

Различные виды знания, приобретаемые первобытными людьми, сохранились в виде ритуалов и мифов. Иначе они не могли быть использованы в первобытном обществе. Любая информация об явлениях природы, культуры, социальной стороне жизни коллектива воспроизводились как в вербальных, так и в ритуально-предметных формах. В мифах запечатлен сложный донаучный опыт культурного развития человечества, причем опыт целиком не религиозный. Наряду с религиозными идеями, культурными обрядами и мистическими ритуалами, в мифах кристаллизуется и позитивный познавательный и практический опыт древних людей.

Многие мифы имели этиологический характер, то есть рассказ о происхождении мира и человека. Этот рассказ не есть объяснение причинных связей, а просто «картинка того, что было». Мифы являются следствием неадекватного отражения сущности явлений в мышлении человека. В них отражены определенные черты объективной реальности, но фрагментарно. В этом аспекте миф не является просто заблуждением. Он дает «чистое» описание некоторой эмпирической совокупности фактов и явлений.

Миф в первобытном обществе составлял мотивацию любого типа деятельности и обычаев, прежде всего ритуалов, являясь важным элементом общественных отношений. Усложнение структуры практики, дифференциация общества обусловили эволюцию мифологии.

Люди древнего каменного века, занимавшиеся присваивающим хозяйством (охота, собирательство), были неразрывно связаны с природой и зависимы от нее. В эпоху нового каменного века возникает производящее хозяйство, сделавшее человека относительно независимым от окружающей природы. В период неолитической революции, продолжавшейся около семи тысячелетий, как подчеркивается в «Хрониках человечества», были заложены материальные и духовные основы культур Месопотамии, Египта, Китая, Японии и древней Америки.

Коренное изменение материальной и духовной сторон жизни людей произошло (после появления в IV тысячелетии до н.э. письменности) в древних рабовладельческих государствах Шумера и Египта. Появление письменности было вызвано необходимостью регулирования в общегосударственных масштабах ирригационного земледелия, вести учет сбора дани, поддерживать связь с правительственными властями и зарубежными вассалами.

Орошение земель, водоснабжение, прокладывание водных путей сообщения, строительство пирамид, храмов и дворцов невозможно без определенного минимума знаний. Носителями этих знаний была каста жрецов. Они накапливали знания в области астрономии, математики, химии, фармакологии, медицины, психологии, использовали гипноз, разрабатывали и тщательно готовили ритуальные действия, чтобы вызвать уважение и страх, возбудить надежду и веру и тем самым эффективнее осуществлять контроль над обществом.

Вавилоняне изобрели систему письменного исчисления в математике, создали замечательную для столь глубокой древности алгебру и зачатки геометрии. Высшим достижением древнее египетской геометрии были вычисления точной формулы объема усеченной пирамиды с квадратным основанием, площадей треугольника, прямоугольника, трапеции, круга.

Развитие наблюдений за планетами привело вавилонян к уяснению правильной последовательности их отдаления от Земли. Важное практическое значение имело установление древними египтянами солнечного календаря, с «жестко закрепленными датами» (в отличие от лунного, месяцы которого свободно «гуляли по сезонам года»).

В древнем Египте впервые определили продолжительность года, здесь возникла медицина в современном значении этого слова. В начале III тысячелетия до н. э. были накоплены знания в области терапии, хирургии, офтальмологии. Во второй половине III тысячелетия до н. э. в Египте появился первый учебник по хирургии. В 2300 году до н. э. был составлен шумерский сборник врачебных рецептов, где в качестве лечебных средств использовались растения.

На протяжении тысячелетий шло непрерывное накопление сведений и наблюдений о процессах и предметах природы: о жизни животных и движении звезд, о развитии растений и свойствах различных материалов. Так возник огромный запас эмпирических знаний о том, как плавить металлы, делать стекло, получать вину и уксус, пользоваться целебными травами, люди узнали очень давно. Древний Китай знал сейсмограф и магнитную иглу, создал бумагу; шумеры придумали гальваническую ванну; майя разработали методы трепанации черепа.

Таким образом, в сакральных цивилизациях наука еще не выделилась специфическую сферу духовной деятельности. Теоретическое мышление, будучи элементом религиозно-этических представлений, не приобрело самостоятельного развития. Здесь происходило переплетение элементов научного знания с мистикой и суеверием (астрономии с астрологией, математики с кабалистикой, медицины с магией). Зачатки математических и других рационально-практических познаний, измерения, счет, наблюдения мореплавателей еще не получили интегрированного выражения в соответствующих теориях.

2. Античная наука о природе

Впервые наука в истории человечества возникает в Древней Греции в VI веке до н. э. В отличие от ряда древних цивилизаций (Египта, Вавилона, Ассирии) именно в культуре Древней Греции обнаруживаются характерные особенности зарождающейся науки. Древнегреческие мыслители были одновременно и философами, и учеными. Господство натурфилософии обусловило такие особенности древнегреческой науки, как абстрактность и отвлеченность от конкретных фактов. Каждый ученый стремился представить все мироздание в целом, совсем не беспокоясь об отсутствии достаточного фактического материала о явлениях природы. Вместе с тем, достижения античных мыслителей в математике и механике навечно вошли в историю науки.

В ранней древнегреческой натурфилософии господствовала идея о некоторых исходных первоначалах, лежащих в основе мироздания. К таким первоначалам относили четыре стихии (воду, воздух, огонь, землю), либо некое мифическое первовещество — апейрон. Но уже в этот период на смену подобным представлениям о мире приходит стройное по тому времени атомистическое учение о природе. Представителями атомизма были Левкипп, Демокрит, Эпикур, а в натурфилософии Древнего Рима — Тит Лукреций Кар. Основные принципы их атомистических воззрений можно свести к следующим положениям:

1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц — атомов и незаполненного пространства — пустоты.

2. Атомы неуничтожимы, вечны, а потому вся Вселенная существует вечно.

3. Атомы представляют собой мельчайшие, неизменные, непроницаемые и абсолютно неделимые частицы, которые находятся в постоянном движении, изменяют свое положение в пространстве.

4. Различаются атомы по форме, величине, тяжести и т. д.

5. Все предметы материального мира образуются из атомов различных форм и различного порядка их сочетаний.

Одним из величайших ученых и философов античности был Аристотель. В круг его научных интересов входили математика, физика, астрономия, биология. В истории науки Аристотель известен как автор космологического учения, которое оказало огромное влияние на миропонимание многих последующих столетий. Космология Аристотеля — это геоцентрическое воззрение: Земля, имеющая форму шара, неподвижно пребывает в центре Вселенной. Вокруг Земли распределена вода, затем воздух, затем огонь. Огонь простирается до орбиты Луны — первого небесного тела. Небесные тела вращаются вокруг Земли по круговым орбитам, они прикреплены к материальным, сделанным из эфира, вращающимся сферам. Космология Аристотеля включала представление о пространственной конечности мироздания. В этой конечной протяженности космоса расположены твердые кристально-прозрачные сферы, на которых неподвижно закреплены звезды и планеты. Их видимое движение объясняется вращением указанных сфер. С крайней сферой соприкасается Перводвигатель Вселенной, под ним Аристотель понимал Бога.

Историческая заслуга Аристотеля в том, что он стал основателем системы знаний о природе — физики. Центральное понятие аристотелевской физики — понятие движения. Аристотель разработал первое в истории науки учение о движении — механику. Все механические движения он разбил на две большие группы: движение небесных тел в надлунном мире (круговое движение) и движение тел в подлунном мире (насильственные и естественные). Аристотель высказывал интересные идеи и в биологии. Он не только описывал мир живого, он заложил традицию систематизации видов животных. Он первый поставил классификацию животных на научную основу, группируя виды не только по их сходству, но и по родству. Всех животных Аристотель подразделил на кровяных и бескровных. Такое деление соответствует современному делению на позвоночных и беспозвоночных. Аристотель вводит в биологию понятие аналогичных и гомологичных частей тела, идею о сходстве путей эмбриогенеза у животных и человека, понятие «лестницы существ», то есть расположения живых существ на определенной шкале и т.д.

Геоцентрическая космология Аристотеля была впоследствии математически оформлена и обоснована Клавдием Птолемеем (90-168). Птолемей по праву считается одним из крупнейших ученых античности. Он серьезно занимался математикой, увлекался географией, много времени посвящал астрономическим наблюдениям. Главный труд Птолемея — «Математическая система». Греческий оригинал был утерян, но сохранился его арабский перевод, который много позднее, уже в XII веке был переведен на латынь. Он существенно дополнил и уточнил теорию движения Луны, усовершенствовал теорию затмений. Птолемей разработал математическую теорию видимого движения планет, которая основывалась на следующих постулатах: шарообразность Земли, удаленность от сферы звезд, равномерность и круговой характер движений небесных тел, неподвижность Земли, центральное положение Земли во Вселенной. Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеобразные движения планет (их ускорения и замедления, состояния и попятные движения). На основе созданных Птолемеем астрономических таблиц положение планет вычислялось с весьма высокой по тем временам точностью (погрешность менее 10»). В течение длительного времени система Птолемея была не только высшим достижением теоретической астрономии, но и ядром античной картины мира.

Геоцентрическая система мира Аристотеля-Птолемея просуществовала чрезвычайно долго — вплоть до опубликования знаменитого труда Н. Коперника, заменившего эту систему гелиоцентрической.

Древнегреческая натурфилософия прославилась вкладом ее представителей в формирование и развитие математики. Прежде всего следует отметить знаменитого древнегреческого мыслителя Пифагора. На счету этого античного ученого имеется целый ряд научных достижений. К их числу помимо «теоремы Пифагора» относится открытие того факта, что отношение диагонали и стороны квадрата не может быть выражено целым числом и дробью. Тем самым в математику было введено понятие иррациональности.

Одним из крупнейших ученых-математиков античности был Евклид, живший в III веке до н. э. В своем объемистом труде «Начала» он привел в систему все математические достижения того времени. Созданный Евклидом метод аксиом позволил ему построить здание геометрии, которая по сей день носит его имя.

Известным ученым, математиком и механиком античности был Архимед (287-212 до н. э.). Он решил ряд задач по вычислению площадей поверхностей и объемов, определил значение числа р (представляющего собой отношение длины окружности к своему диаметру). Архимед ввел понятие центра тяжести и разработал методы его определения для различных тел, дал математический вывод законов рычага. Ему приписывают «крылатое» выражение: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Архимед положил начало гидростатике, которая нашла широкое применение при проверке изделий из драгоценных металлов и определении грузоподъемности кораблей. Широкое распространение получил закон Архимеда, касающийся плавучести тел. Научные труды Архимеда имели выход и на практику. Ему принадлежат многочисленные изобретения: так называемый «архимедов винт» (устройство для подъема воды на более высокий уровень), различные системы рычагов, блоков, винтов для поднятия больших тяжестей, военные метательные машины. Архимед был одним из последних представителей естествознания Древней Греции.

3. Эпоха Средневековья: религиозная картина мира и естественнонаучное познание

После расцвета античной культуры на европейском континенте наступил длительный период застоя и даже регресса — отрезок времени более 1000 лет, который принято называть Средневековьем. Этот упадок объяснялся все убыстряющимся разложением рабовладельческого общества, которое сопровождалось большими потрясениями в Европе. В образовавшихся государствах жизнь ушла в деревню. Среди самых высших слоев общества царило глубокое невежество. Единственными очагами грамотности были монастыри.

Особенности феодальной жизни привели к тому, что прямые наследники культуры древних греков возвратились к самым примитивным представлениям о природе. «Небо повисло над Землей и сжимало ее в ужасных объятиях».

Культура Средневековья не знала науки в строгом понимании. Астрология, алхимия, натуральная магия представляли собой сплав априоризма, умозрительности и грубого наивного эмпиризма. Единственно возможным способом научно — теоретического освоения мира стала схоластическая натурфилософия. В соответствии с интерпретаторским характером схоластики сложились основные методы средневековой «науки»: компиляция; систематизация; классификация; комментарий и универсальные способы выражения средневековой учености: энциклопедия; словник; сумма.

В начале VII века Исидор Севильский (ок.560 — 636 гг.) в 20 книгах «Этимологии» (своеобразной энциклопедии раннего средневековья) изложил сведения по медицине, естествознанию, геометрии и т.п.

В VIII веке аббат Фульдского монастыря Грабан (Рабан) Мавр выпустил энциклопедический сборник «de Universo libri XXII», в котором были собраны сведения из многих наук, но они не были оригинальными, а почти полностью представляли собой выписки из трактатов античных ученых.

Наряду с ними широкое распространение получил алхимический рецепт как особая форма познавательно-практического освоения действительности.

«Огоньком» в средневековой тьме называют арабский Восток, столица которого становится в начале IX века центром научной деятельности. В VII и особенно IX — X веках арабские ученые сделали важные открытия в области геометрии, тригонометрии, астрономии и географии. Крупнейшим математиком и астрологом IX века был Сабит Ибн Корра. Именно в его переводах дошли до нас сочинения Архимеда, которые сохранились в греческом оригинале. Знание античных медиков осмыслил таджикский мыслитель Абу-Али Ибн Сина (Авиценна) и объединил их с медицинскими предписаниями своего времени в «Каноне лечебной науки». Здесь затрагивались также вопросы астрономии и минералогии.

Фундаментальные работы по математике, астрономии, физике, ботанике, географии, общей геологии и минералогии создал ученый-энциклопедист, современник Авиценны, Абу-Рейхан аль Бируни. Мыслитель допускал возможность движения Земли вокруг Солнца. В области минералогии и геологии он впервые установил плотность и удельный вес многих минералов и металлов.

С конца XI века намечаются некоторые сдвиги в изучении природы на западе Европы. Они были вызваны серьезными переменами в экономике. К этому времени повышается эффективность сельского хозяйства, возникают ремесла, развивается торговля, усиливается рост городов. Крестовые походы способствует знакомству Европы с культурными достижениями Востока.

В XII-XIII вв. европейская научная литература обогатилась большим числом латинских переводов с арабского и греческого языков. Стали доступными сочинения Евклида, Архимеда, Птолемея, Аль-Хорезми, Сабита Ибн Корры, Ибн Сины.

Толчком к возрождению описательного естествознания послужили сочинения Альберта Великого (ок. 1193 — 1280 г. г.). В своих трудах он проявил обширные знания не только в области алхимии и астрономии, но и в физике, географии, биологии и ботанике.

Основы для развития экспериментального метода в естественных науках заложил Роберт Гроссетет (1168-1258 г. г.). Он считается пионером эмпирического доказательства аристотельского естествознания.

Во второй половине XIII в. польский физик и оптик Виттелий (ок. 1125 — 1280 г. г.), занимаясь исследованиями в области оптики, сделал ряд открытий, в частности объяснил явления радуги как результат преломления солнечных лучей отдельными каплями воды.

Роль экспериментального метода в естествознании обосновывает в своих трудах Роджер Бэкон (1214 — 1294 г. г.). В сочинении «Великое дело» он дал энциклопедический анализ науки, включая достижения предшествующих поколений. Р. Бэкон развивает новое представление о материи, которую он отделяет от Бога, о фигурах тел, о движении, о времени и вечности. Он указывает на то, что живые и неживые тела природы состоят из одних и тех же материальных частиц. Он высказал ряд гениальных для того времени научных догадок (о телескопе, летательных аппаратах, порохе). Еще при жизни ему присвоили титул «удивительный доктор», несмотря на то, что он за свои идеи подвергался преследованию. Он разработал проект реформы юлианского календаря, которая, однако, была осуществлена спустя три века.

Томас Брадвардин (1290 — 1349 г. г.) предпринял первую попытку разработать математические начала натурфилософии. Он стремился математически выразить зависимость между скоростью, движущей силой и сопротивлением. Он разрабатывал учения о континууме, актуальной и потенциальной бесконечности.

Смелостью, новизной и парадоксальностью поражало физическое учение Николая из Отрекура. Он возрождает атомистическое учение древних. По его мнению, рождение и разрушение тел состоит в том, что атомы, сцепляясь, образует тела, а рассеиваясь в пространстве, производят их разложение. Как и Николай из Отрекура, вопросами физики и механики интересовался профессор Парижского университета Жан Буридан. Он стремился объяснить, каким образом движения небесных тел могут вечно продолжаться сами собой, без посторонних двигателей, после того, как Бог дал им в начале сотворения известный импульс, сохраняющийся в дальнейшем в силу обычного божьего содействия. Созданная им динамическая «теория импетуса» была мостом, соединившим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Согласно этой теории при падении тела тяжесть запечатлевает в нем импетус, поэтому скорость тела во время падения возрастает. Величина импетуса определяется и скоростью, сообщенной телу, и качеством материи этого тела. Импетус расходуется в процессе движения на преодоления трения: когда импетус растрачивается, тело останавливается. Эта идея стала предпосылкой для перехода к понятию инерция. Теория импетуса способствовала уточнению и переосмыслению понятия силы. Его развитие пошло по двум направлениям: сила как внешнее воздействие на тело (Ньютон); сила как количество движения, т.е. факторы, связанные с самим движущимся телом (Декарт).

Большой вклад в разработку проблемы движения внес Николь Орем, преподаватель Парижского университета (1323 — 1382 г. г). Он впервые представил графическое изображение движения, которое напоминало разработанный впоследствии метод координат. Он сформулировал закон падения тел, развивая учение о суточном вращении Земли.

В XV — XVI в.в. фактически заканчивается эпоха Средневековья, начинается эпоха Возрождения, которая ознаменовалась возрастанием интереса к природе. Переход от Средневековья к Новому времени ознаменовался началом первой глобальной научной революции и становлением классического естествознания.

4. Эпоха Возрождения: революция в мировоззрении и науке.

Предпосылки классической науки

Научная революция, которая произошла в эпоху Возрождения в XV-XVI веках и подготовила возникновение классического естествознания, была обусловлена всем ходом социокультурных преобразований Западной Европы. Становление капиталистических отношений и промышленный переворот вели к существенному прогрессу науки и техники, способствовали радикальным изменениям в мировоззрении общества и индивида. Менялся не только социальный статус человека, но и менялось представление о его месте и роли в мире. Человек — это Творец. Если Бог — это Творец Вселенной, то человек — преобразователь природы и жизни, и Богом ему отведено особое место в мире.

Революция в мировоззрении эпохи Возрождения вела к радикальным изменениям в отношении к Природе, к Богу, к самому себе. Теоцентрическая картина мира заменяется и постепенно вытесняется антропоцентрической. При этом, эта — картина, в которой два центра: Бог и Человек, два Творца мира. Такой целостный образ мира опирался на пантеизм — учение о тождестве Бога и Природы («Бог во всем»), и на гуманизм — признание человека, его свободы и достоинства высшей ценностью.

Польский астроном Николай Коперник (1473 — 1543 г. г.) на основе большого количества астрономических наблюдений и расчетов создал новую гелиоцентрическую систему мира. В этой системе Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, которая одновременно вращается вокруг Солнца и вокруг собственной оси. В своем труде «Об обращении небесных сфер» Коперник утверждал, что движение — это естественное свойство небесных и земных механизмов, выражаемое некоторыми общими закономерностями механики. Это учение опровергало догматизированное представление Аристотеля о «неподвижном перводвигателе», приводящем в движение Вселенную, и разрушало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Вместе с тем польский астроном считал, что Вселенная конечна, она где-то заканчивается твердой сферой, на которой закреплены неподвижные звезды. Вселенная похожа на мир в скорлупе.

Философское обоснование идеям Коперника дал знаменитый итальянский философ Джордано Бруно (1548 — 1600). Он настаивал на том, что Вселенная бесконечна, что существует множество миров, подобных нашему миру, многие из них обитаемы. Инквизиция в 1592 году арестовала Джордано Бруно. 8 лет он находился в тюрьме, где подвергался страшным пыткам . 17 февраля 1600 года он был сожжен на костре, на Площади Цветов в Риме. Это произошло на рубеже двух веков, ознаменовавшемся рождением классического естествознания.

Большую роль в формировании предпосылок классического естествознания сыграл Г. Галилей.

5. Галилео Галилей и его роль в становлении классической науки

Галилео Галилея (1564 — 1624) называют «отцом современного естествознания». Именно он стоял у истоков классической механики и экспериментального естествознания. До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и, если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля является ошибочным, и сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется равномерно и прямолинейно, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы, как утверждал Аристотель. Пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. При этом траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, и многое другое.

Истинное знание, по мнению Галилея, достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта и математики. Интересны астрономические наблюдения Галилея, обосновывающие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Он приводит естественнонаучное доказательство справедливости гелиоцентрической системы в работе «Диалог о двух системах мира — Птолемеевской и Коперниковой».

Галилей успел многое: разработал экспериментально — математический метод и обосновал его принципы; сформулировал принцип инерции, принцип относительности, законы свободного падения тел, дал строгое определение понятий скорости и ускорения; с помощью сконструированного им телескопа он экспериментально доказал справедливость учения Коперника.

6. И. Ньютон и его роль в становлении классической науки

Исаак Ньютон (1643-1727) завершил процесс становления классического естествознания, четко сформулировав механические законы всех процессов движения и взаимодействия макроскопических тел и создав для их описания математический язык бесконечно малых. В этом было отступление от атомистических воззрений, но это привело к значительному продвижению в описании и понимании природы. Несмотря на то, что сегодня его подход кажется естественным и очевидным на фоне абстрактных представлений современной физики, и с него начинают знакомство с этой наукой в школе, в то время понадобилось почти семьдесят лет, чтобы этот подход окончательно утвердился в умах ученых. Дав свое определение понятиям скорости, ускорения, силы, массы, Ньютон сформулировал законы динамики в виде связей между этими величинами. Проанализировав законы движения небесных тел, обнаруженных Т. Браге и И. Кеплером, он установил закон всемирного тяготения, введя в науку меру гравитационного взаимодействия тел в нашей Вселенной. В результате стало возможным точно предсказывать солнечные затмения и понять природу морских приливов. Отличительной чертой классической механики являлась обратимость движений во времени, что следовало из соответствующих уравнений. При описании механических процессов в различных системах координат, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, следовало использовать принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу на ускорения тел, возникшие в результате их силового взаимодействия, относительное движение систем отсчета никакого влияния не оказывает. При этом никакими механическими опытами невозможно установить, какая именно из систем движется. Для расчета достаточно было просто сложить скорость движения тела в этой системе отсчета и скорость относительного движения систем отсчета. Поэтому можно выбрать наиболее удобную систему отсчета и работать с ней. Например, в движущемся вагоне отпущенный камень упадет вдоль вертикальной прямой, но при наблюдении с неподвижной платформы его траектория будет иметь вид кривой линии — параболы. Если описать движение (и предсказать положения камня) в системе движущегося вагона (что проще), то, чтобы сказать, когда и в какой точке он будет при наблюдении с платформы, достаточно просто учесть относительную скорость (скорость вагона) в конечном ответе.

. Научное наследие И.Ньютона разнообразно: создание дифференциального и интегрального исчисления (параллельно с Лейбницем, но независимо от него), важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов. Он внес большой вклад в развитие оптики: он поставил опыты по изучению дисперсии света (дисперсия света — разложение луча света при прохождении через призму на отдельные спектральные лучи) и дал объяснение этому явлению.

В 1687 году вышел главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы. Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед.

7. Научная революция XVI—XVII веков, ее ход, содержание и основные итоги

Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер», т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона обычно называют периодом «научной революции». Научная революция XVI-XVII в.в. представляет собой мощное движение, которое обретает характерные черты в работах Галилея, идеях Бэкона, Декарта и впоследствии получает свое завершение в классическом механическом образе Вселенной, подобной часовому механизму.

Все началось с астрономической революции Коперника, Тихо Браге, Кеплера и Галилея — наиболее выдающихся ее представителей. Шаг за шагом меняется образ мира, с трудом, но неуклонно разрушаются опоры космологии Аристотеля — Птолемея. Коперник помещает в центр мира вместо Земли Солнце. Тихо Браге устраняет материальные сферы, которые согласно старой космологии вовлекали в свое движение планеты, а идею материальной сферы заменяет современной идеей орбиты. Кеплер предлагает математическую систематизацию открытий Коперника и завершает революционный переход от теории кругового движения планет («совершенного» в понимании старой космологии) к теории эллиптического движения. Галилей показывает ошибочность различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу, что и Земля, и формулирует принцип инерции. Ньютон в своей теории гравитации объединяет физику Галилея и физику Кеплера.

При этом за те 150 лет, которые отделяют Коперника от Ньютона, меняется не только образ мира, меняется образ человека, но постепенно меняется также и образ науки. Научная революция XVI-XVII в.в. — это не только создание новых теорий, одновременно это коренное изменение представлений о знании, о науке. Этот итог революции Галилей объяснил очень четко: наука больше не является ни особой интуицией отдельного мага или просвещенного астролога, ни комментарием к авторитету Аристотеля, который все сказал. Наука становится исследованием и раскрытием мира природы.

У истоков классического естествознания стоял Г.Галилей. Он создал экспериментальное естествознание, обосновав научный метод. В результате наука приобретает автономию от веры и философии. Начиная с Галилея, наука намерена исследовать не что, а как, не субстанцию, а функцию.

Еще один важный итог научной революции — превращение науки в социальный институт: возникновение академий, лабораторий, международных контактов (вспомним переписку ученых).

Другая фундаментальная характеристика научной революции — формирование знания, которое в отличие от предшествующего объединяет теорию и практику, науку и технику, создавая новый тип ученого. Он больше не маг или астролог, владеющий частным знанием посвященных, и не университетский профессор, комментатор и интерпретатор текстов прошлого. Научная революция порождает современного ученого-экспериментатора, сила которого — в эксперименте, становящемся все более строгим благодаря новым измерительным приборам, все более и более точным. Деятельность ученого нового типа часто протекает вне старых структур познания, например, университетов. В XVI и XVII веках университеты и монастыри уже больше не являются, как это было в средневековье, единственными центрами культуры. Инженер или архитектор, проектирующий каналы, плотины, укрепительные сооружения, занимает равное или даже более престижное положение, чем врач, придворный астроном, профессор университета. «Механические искусства» раньше считались «низкими, презренными», недостойными свободного человека. Теперь они стали приравниваться к «свободным искусствам», т.е. интеллектуальному труду. Это сближение техники и науки, их последующее слияние рождает современную науку и составляет ее суть. Науку создали ученые, но развивается она благодаря технологической базе, машинам и инструментам. «Широкое поле для размышлений, — пишет Галилей в «Беседах о двух новых науках», — представляет наблюдательному уму практика в вашем знаменитом арсенале, господа венецианцы, и особенно в том, что касается механики: каждый инструмент и механизм постоянно используют разные мастера, среди которых… есть очень опытные и умнейшие люди». Наука утверждается с помощью экспериментов, которые осуществляются на конкретном материале с помощью испытательных приборов, созданных вручную с использованием инструментов. Чтобы стать ученым теперь не обязательно знание латыни, не требовалась знакомство с книгами или университетская кафедра. Публикации в «Актах» академий и участие в научных обществах были доступны всем — профессорам, экспериментаторам, ремесленникам, дилетантам. Наука распространяется через книги, периодические издания, частные письма, деятельность научных обществ, но не через университетские курсы. Обсерватории, лаборатории, музеи, мастерские, дискуссионные клубы зарождаются вне университетов.

Научная революция проявилась и в быстром росте и совершенствовании инструментария — компаса, весов, механических часов, астролябий, печей и т.д., которые быстро модернизируются. В начале XVI века весь инструментарий сводился к немногим предметам, связанным с астрономическими наблюдениями и топографическими открытиями, а в механике применялись рычаги и блоки. Теперь же в течение всего лишь нескольких десятилетий появляются телескоп Галилея (1610), микроскоп Мальпиги (1660), Гука (1665) и Ван Левенгука, циклоидальный маятник Гюйгенса (1673), воздушный термометр Галилея (1638), водяной термометр Жана Рея (1632), спиртовой термометр Магалотти (1666), барометр Торричелли (1643), пневматический насос Роберта Бойля (1660) и т.п. Главная задача инструментов, по мнению ученых, — усиливать познавательные способности органов чувств. И в то же время использование оптических инструментов, таких, как призма или тонкие металлические пластинки (например, в опытах Ньютона), позволяет характеризовать их не только как вспомогательное средство для увеличения возможностей органов чувств, но и как способ устранить обман зрения. Проникая внутрь объектов, инструмент обеспечивает большую объективность по сравнению со свидетельствами чувств. В это же время возникает и другая важная проблема инструмента — искажение исследуемого объекта. В важной полемике Ньютона и Гука по поводу теории цветов и функционировании призмы возникло существенное разногласие. Гук оценил опыты Ньютона с призмой, отмечая их точность и изящество, но он отверг гипотезу о том, что белый цвет может иметь сложную природу. Гук считал, что цвет не является исходной принадлежностью лучей. По его мнению, белый цвет — продукт движения частиц, проходящих через призму. А это означает, что рассеивание цветов — результат искажения, образуемого призмой. Эта проблема инструмента — исказителя исследуемого объекта в дальнейшем развитии физики (в XX веке) возникнет вновь.

Деятельность Галилея и Кеплера по раскрытию законов механики успешно продолжил английский ученый Исаак Ньютон (1643 — 1727 г.г.). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. Он открыл три закона механики, сформулировал закон всемирного тяготения, динамически обосновав систему Коперника и законы Кеплера. Открытие закона всемирного тяготения оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания. Это был универсальный закон природы, которому подчинялось все малое и большое, земное и небесное. На основе ньютоновской классической механики сложилась картина мира, которая представляла Вселенную как совокупность огромного числа неделимых и неизменных атомов, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающихся от тела к телу через пустоту. Свойства пространства и времени неизменны и не зависят от самих тел. Природа, согласно этой картине мира, являет собой простую машину, части которой подчиняются жесткой детерминации.

8. Естествознание в XVIII—XIX вв.

В ХVIII в. естествознание остается в целом механистическим. Физика, выделившись из натурфилософии, была нацелена главным образом на количественные исследования отдельных явлений, установление отдельных экспериментальных фактов, выявление частных закономерностей.

В первой половине ХVIII в. были достигнуты определенные результаты в изучении электрических явлений. Изобретение А. Вольтом источника постоянного тока открыло дорогу стремительному развитию физики и тех-ники электричества. В 80-е годы ХVIII в. Ш. Кулон установил основной закон электричества. Таким образом, к концу ХVIII в. прояснилась природа электричества.

Химия в начале XVIII в. отставала в своем развитии от других наук. Вcе дело в том, что количественные методы, разработанные Галилеем и Ньютоном практически не применялись в химии. Не осознавалась важность точных измерений. При этом к концу ХVIII в. ученые накопили большой экспериментальный материал, который был систематизирован в рамках единой теории. Создателем этой теории стал французский химик А.Лавуазье. Проведя целую серию опытов, он установил закон сохранения массы, который стал краеугольным камнем химии XIX в.

Астрономия в XVIII в. становится наукой, основанной на постоянных исчислениях. Поэтому не удивительно, что среди астрономов были в то время математики: Ж. Л. Д’Аламбер, Л.Эйлер, Ж. Д. Лагранж.

В биологии XVIII в. важное место занимала систематика. Шведский натуралист К. Линней разработал систему классификации растений и животных, в которой было выделено несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности. Им была узаконена бинарная или двойная номенклатура видовых названий.

Сформулированная в космогонии идея развития природы постепенно переходит в биологию. Французский естествоиспытатель Ж.Бюффон одним из первых в развернутом виде изложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и происхождения видов в пределах относительно узких подразделений).