Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Т.Ф. Шубина Лекции по дисциплине
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
ВВЕДЕНИЕ
Тема 1. ПРЕДМЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Если попытаться, хотя бы в самом общем виде, представить себе историю мысленного овладения миром, то в ней обнаруживаются, три направления, образующие единство цивилизационного процесса - действие (Д)- знание (З)- понимание (П).
Так, в предельно сжатой и упрощенной форме можно определить суть именно человеческого существования - овладение миром в процессе деятельностного, познавательного, осмысленного существования в нем. Осваивая природу, человек обобщает, сохраняет в знании прежний опыт, осмысливает достигнутое, прорывается в новые сферы неведомого. Действие опосредованно знанием, знание - пониманием, а оно в свою очередь открывает новые возможности эффективных действий.
Человек, при помощи мысли не только овладевает природой, но и преобразует,
ее, создает вторую природу - культуру, цивилизацию, науку, тот сложный мир в котором мы живем.
Предметом изучения курса «Концепции современного естествознания» является комплекс знаний о природе, который выступает в контексте человеческой культуры.
Культура (от греч. слова cultura - возделывание, воспитание, образование) - это и результат человеческой деятельности, и сама деятельность. Культура - исторически определенный уровень развития общества, выраженный в формах организации жизни и деятельности людей, и создаваемых ими материальных и духовных ценностях.
Исторически сложились два основных типа культуры: естественнонаучная и гуманитарная. К гуманитарной культуре относятся: средства бытия человека и общества, социальные отношения, система эстетических и духовных ценностей. Естественнонаучная культура включает комплекс знаний человека о природе.
Наука представляет собой один из важнейших компонентов духовной культуры.
Наука - это часть культуры, представляющая собой совокупность объективных знаний о бытии. Формула науки: «Знать, чтобы предвидеть; предвидеть, чтобы действовать».
Чтобы быть эффективной, наука становится специальной. В свою очередь, дифференциация неизбежно порождает интегративные процессы, взаимодействие которых определяет универсальную особенность саморазвития человечества, его познавательной активности.
В самом общем виде, можно выделить три направления развития науки. Учения о природе, об обществе, о человеке и его мышлении. На основе этого выделяются три основных направления научного знания: естествознание, человекознание и обществознание.
Естествознание - это система наук о природе, рассматриваемых как единое целое. Естествознание включает всю совокупность научных знаний о неживой и живой природе – части бытия, существующей по законам, не созданным активностью людей. Однако используют и другой подход к природе деля ее на мегамир (Вселенную), макромир (Солнечную систему), мезомир (Земля и объекты, соразмерные человеку) и микромир (объекты в тысячи раз меньшие, чем человек).
Естествознание имеет двоякую цель: 1. Раскрытие сущности явлений природы, познание их законов, связывающих макро- и микромиры, и предвидение на их основе новых явлений. 2. Возможность использовать на практике познанные законы природы.
Предмет естествознания – природа, материя и формы ее движения. Каждая естественная наука изучает определенную форму движения материи: физика - механическую и физическую, химия - химическую, биология - биологическую.
В настоящее время спектр научных исследований в естествознании необыкновенно широк. Но исходя из того деления, что мы привели, получаем две группы естественных наук:
1) отраслевые естественные науки, или отраслевое естествознание;
2) системные естественные науки, или системное естествознание.
Существует три главные отраслевые естественные науки: физика, изучающая неживую природу; биология, изучающая живую природу; и химия, изучающая как неживую природу (неорганическая химия), так и живую природу (биоорганическая химия), а также переходные состояния вещества (органическая химия). Поэтому химия занимает промежуточное положение между физикой и биологией.
К системным естественно-научным дисциплинам относятся космология (синтезирующая все знания о Вселенной, включая Солнечную систему), науки о Земле (особенно география) и науки о микромире. На пересечении отраслевых и системных дисциплин формируются такие науки, как астрофизика, астрохимия и космическая биология; геофизика, геохимия и биогеография; атомная физика, молекулярная химия и молекулярная биология.
Человек как естественно-научный объект изучается медициной. Современная медицина - это синтез физики, химии, биологии, психологии, а также наук о Земле, наук о Вселенной и даже наук о микромире. Ее можно рассматривать как один из наиболее синтетических разделов естествознания, имеющий теснейшие связи с техническими и гуманитарными науками.
Кроме медицины, в рамках естествознания формируется еще одна отрасль исследования, претендующая на объединение всех знаний для обеспечения выживания и развития человечества. Это — экология. В настоящее время экология и медицина рассматриваются как наиболее перспективные отрасли естествознания, определяющие приоритеты развития науки в XXI в.
Человекознание представляет собой многоаспектный цикл наук о человеке, его мышлении, деятельности. Оно включает психологию, гуманитарные науки.
Обществознание изучает социальную форму движения материи. К нему относятся социология, экономика, право.
Граница между этими сферами носит условный характер. Ряд отраслей наук не вписывается в эту классификацию. Так, математика - наука о количественных отношениях действительности является междисциплинарной наукой. Ее результаты используются как в естественных, так и общественных науках.
Выделяются следующие функции науки:
Однако, за всю историю своего развития человечество накопило огромный объем знаний различного характера. В связи с этим весьма актуален вопрос о критериях научности знания.
1.3. Критерии науки
Знания, накопленные людьми, имеют три уровня: обыденный, эмпирический (опытный) и теоретический (уровень научного знания). Результатом научной деятельности являются научные знания, которые отграничиваются от других знаний по ряду критериев.
Проблема критериев научности была сформулирована в философии неопозитивизма в начале ХХ века и напрямую связана с проблемой рациональности, определением критериев научной рациональности.
Выделяют 6 критериев научности знаний:
1. системная организованность знания - научные знания всегда имеют систематический, упорядоченный характер;
2. целевой - всякая научное знание является результатом поставленной научной цели;
3. деятельностный - научное знание всегда выступает итогом деятельности ученых по реализации поставленной научной цели;
4. рационалистический - научное знание всегда основывается на разуме (в традициях Востока утвердился приоритет интуиции как сверхчувственного восприятия действительности);
5. экспериментальный - научные знания должны быть подтверждены экспериментально;
6. математический - к научным данным должен быть применим математический аппарат.
Философы – неопозитивисты предложили в качестве критерия разграничения научных и псевдонаучных идей верификационную концепцию научного знания, т.е. установление истины через опытное подтверждение.
Представитель критического рационализма К. Поппер предложил иной способ определения критерия научности – фальсификацию, т.е. опровержимость. Только то знание может претендовать на научное, которое в принципе опровержимо, лишено абсолютности, неизменности, законченности. По его мнению, ученый, создавая теорию, уже имеет установку на поиск фактов, опровергающих ее. Конечно, нельзя опровергнуть ни одну научную теорию одним единственным эмпирическим фактом, но рано или поздно любая научная теория вытесняется другой, более успешной с точки зрения объяснения эмпирических данных. Теория, пришедшая на смену, в свою очередь подвергается проверкам и со временем также опровергается. Таким образом, развитие науки представляет собой непрерывный процесс пересмотра знаний.
Но многие ученые не согласились с этим предложением, поскольку этот принцип неприменим к положениям науки, неподдающимся сопоставлению с опытом.
В качестве нового решения было предложено рассматривать науку не только на теоретическом и эмпирическом уровнях, но и на метатеоретическом, на котором задаются содержательные нормы и стандарты научности, зависящие от господствующего в данную эпоху мировоззрения.
Для обозначения метатеоретического уровня науки Т. Кун ввел понятие парадигмы, как основополагающей идеи, на которой базируются все основные научные концепции.
По мнению Т. Куна, развитие науки есть революционный процесс смены парадигм или дисциплинарных матриц. Т. Кун выделяет два этапа развития науки — период нормальной науки и период кризиса. Нормальная наука — это развитие научного знания в рамках определенной парадигмы. На этом этапе происходит накопление эмпирических данных, которые можно интерпретировать с помощью привычных средств. Но с появлением новых эмпирических данных, которые до времени не поддаются объяснениям, начинают накапливаться сомнения в ясности методов и теоретических принципов. Это приводит к отказу от прежней парадигмы и формированию новой. Момент смены парадигм Т. Кун называет кризисом в науке. Выбор в пользу новой парадигмы осуществляется как на рациональных, так и на нерациональных основаниях. Большая часть членов научного сообщества должна верить, что новая парадигма предлагает лучшие средства решения научных задач. Однако, вера, как считает Т. Кун, опирается на рациональные основания, заложенные в логике развития научного знания.
Интерпретация процесса развития науки в концепции И. Лакатоса очень близка к позиции Т. Куна. Развитие науки происходит через смену научно-исследовательских программ. И. Лакатос выделяет два этапа развития научно-исследовательской программы — прогресс и регресс, граница этих стадий — «пункт насыщения». Научное сообщество всякий раз совершает выбор в пользу более прогрессивной, эвристичной исследовательской программы, которая не просто задним числом объясняет, но позволяет предсказывать ранее неизвестные факты. Более эвристичная научно-исследовательская программа постепенно вытесняет предыдущую и со временем ее разделяет все научное сообщество. Процесс смены научно-исследовательских программ называется научной революцией. По мнению И. Лакатоса, историю развития науки полностью описывает схема борьбы конкурирующих исследовательских программ.
Если Т. Кун и И. Лакатос рассматривают процесс развития науки как единство рациональных и иррациональных моментов, то П. Фейерабенд считает историю науки полностью иррациональной, он исходит из положения, что одновременно существует множество равноправных типов знания, а внутри науки — множество равноправных теорий. Развитие науки осуществляется за счет конкуренции различных теорий. П. Фейерабенд выдвигает принцип пролиферации (размножения) теорий. Поскольку ни одна теория не может быть опровергнута фактом, то для ее опровержения необходимо появление другой теории, поэтому ученые должны стремиться к созданию как можно большего количества альтернативных теорий. История науки есть история соперничества и взаимной критики различных теорий, борьба которых, в конце концов, и приводит к развитию науки. По мнению П. Фейерабенда, несравнимы не только теории, сформулированные в разных парадигмах, но и вообще любые две теории. Каждая из них имеет собственный набор постулатов, отличающийся от исходных оснований других теорий. Сравнение научных теорий на рациональной основе невозможно. П. Фейерабенд делает радикальный вывод о несоизмеримости научных концепций ни в плане эмпирического базиса, ни в плане теоретических постулатов и логико-методологических норм. Процесс развития науки в его понимании становится полностью иррациональным и не определяется никакой внутренней логикой развития знания.
Формами научного знания являются: научные понятия, программы, типологии, классификации, гипотезы, теории.
Решение любой научной проблемы включает выдвижение различных догадок, предположений. Научное предположение, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности, называется гипотезой. Это не достоверное, а вероятное знание. Истинность или ложность такого знания нуждается в проверке. Процесс установления истинности гипотезы называется верификацией. Гипотеза, подтвержденная экспериментально, называется теорией.
1.4. Научная теория и ее структура
Основной формой научного знания являются научные теории. Теория выступает как наиболее сложная и развитая форма научного знания. Генетически ей предшествуют другие формы, такие, как программы, типологии, классификации, составляющие базу для ее формирования. Поэтому теории возникают на базе таких программ или парадигм. Эти программы в свою очередь, функционируют как в рамках всего культурно-исторического целого, так и в разных типах культур.
Поскольку культура общества не является однородной в рамках одного культурно-исторического целого может быть сформулировано несколько научных программ. В свою очередь, одна научная программа порождает, как правило, несколько научных теорий.
Приступая к описанию структуры научной теории, необходимо отметить, что его можно давать как с содержательной так и с формальной стороны.
С содержательной стороны теория состоит из эмпирического базиса, тo есть совокупности зафиксированных в данной области знания фактов установленных в ходе экспериментов и требующих своего теоретиче ского обобщения, логического аппарата теории, то есть множества допустимых в рамках теории правил логического вывода и доказательства, с помощью которых делаются выводы из эмпирических фактов, собственно теории, то есть совокуп ности выведенных в теории утверждений с их доказательствами.
Однако более интересен анализ теории с формальной точки зрения. В этом случае теория предстает перед нами в виде множества допущений, постулатов, аксиом, общих законов, в совокупности описывающих объект теории. Они часто определяются через термины других теории, обычного естественного языка, либо вводятся в теорию в виде аксиом, предложений не требующих доказательств.
Можно выделить собственные основания теории это исходные термины и предложения теории, которые логически (с помощью правил и законов логики) обусловливают остальные ее термины и предложения. Собственные основания принадлежат самой теории, находятся внутри нее.
Также есть вспомогательные основания теории то, что служит для построения, обоснования теории, решения ее прикладных и теоретических проблем. Среди них выделяются несколько групп.
В качестве философских оснований науки использовались различные философские концепции. Философские основания должны быть адекватны данной науке, то есть должны способствовать обновлению, развитию, практическому применению и решению основных проблем данной науки. Например, известно, что становлению геометрии Лобачевского, то есть становлению новых для своего времени собственных оснований геометрии (новой системы аксиом, допускающей пересечение параллельных прямых), существенно препятствовали метафизические философские основания математики, господствовавшие в науке того времени. Ведь никаких аргументов логического или методологического характера против геометрии Лобачевского не было. Ее противники выдвигали аргументы чисто гносеологического характера, их не устраивал способ решения Лобачевским проблем истинности.
Исследуя вопрос о сущности и происхождении научных теорий, необходимо обратить внимание на их классификацию. Ученые-науковеды обычно выделяют три типа научных теорий.
К первому типу теорий относятся описательные (эмпирические) теории - эволюционная теория Ч. Дарвина, физиологическая теория И. Павлова, различные современные психологические теории, традиционные лингвистические теории и т.п. На основании многочисленных опытных (эмпирических) данных эти теории описывают определенную группу объектов и явлений. На основе этих эмпирических данных формулируются общие законы, которые становятся базой теории.
Теории этого типа формулируются в обычных естественных языках с привлечением лишь специальной терминологии соответствующей области знания. Описательные теории носят по преимуществу качественный характер.
Второй тип научных теорий составляют математизированные научные теории, использующие аппарат и модели математики. В математической модели конструируется особый идеальный объект, замещающий и представляющий некоторый реальный объект. К этому типу теорий относятся логические теории, теории из области теоретической физики. Обычно эти теории основаны на аксиоматическом методе - наличии ряда базовых аксиом (принципов, принимаемых без доказательств), из которых выводятся все остальные положения теории. Часто к исходным аксиомам, которые отвечают признакам очевидности, непротиворечивости, добавляется какая-то гипотеза, возведенная в ранг аксиомы. Такая теория должна быть обяза тельно проверена на практике.
Третий тип - дедуктивные теоретические системы. Первой дедуктивной теорией явились «Начала» Евклида, построенные с помощью аксиоматического метода. Исходная теоретическая основа таких теорий формулируется в их начале, а затем в тео рию включаются лишь те утверждения, которые могут быть получены логически из этой основы. Все логические средства, используемые в этих теориях, строго фиксируются, и доказательства теории строятся в соответствии с этими средствами. Дедуктивные теории строятся обычно в особых формальных языках. Такие теории вместе с тем остро ставят проблему интерпретации, которая является условием превращения формального языка в знание в собственном смысле слова.
Содержание и особенности каждого типа научной теории убеждают в том, что возникновение научных теорий неразрывно связано с процессами идеализации и абстрагирования, которые, в свою очередь, порождают научные термины - понятия.
Понятие - это отражение предметов и явлений со стороны их существенных свойств и отношений, форма мышления, которая обобщает и выделяет предметы по их общим признакам. Это означает, что предмет или явление исследуются только со стороны тех свойств и отношений, которые интересуют нас в этой теории, и отвлекаемся от всех прочих, неважных для данной теории. Таким образом, происходит процесс огрубления действительности. Именно так получаются научные понятия и термины.
Их можно разделить на две группы: эмпирические и теоретические понятия. Абсолютной границы между ними нет. Обычно к эмпирическим понятиям относятся те, что связаны с явлениями и предметами реальной действительности, с данными чувственного опыта. В качестве существенных черт этими понятиями выделяются те, которые могут быть обнаружены при помощи органов чувств. Теоретические понятия также относятся к предметам и явлениям объективного мира, но в качестве существенных черт выступают ненаблю даемые свойства, часто гипотетические. Например, понятие «температура» мы можем определить эмпирически и теоретически. На эмпирическом уровне это делается посредством термометра. Но можно ввести это понятие и теоретически — как величину, пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.
Научные понятия формируются как результат двух процедур: абстрагирования и идеализации. Абстрагирование представляет собой мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые представляются несущественными для данной теории. В результате мы получаем абстрактный объект, который хотя и имеет аналог в действительности, но является по сравнению с ним очень обедненным. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Именно так получаются такие абстракции, как точка, прямая, множество и т.д.
Идеализация представляет собой операцию мысленного выделения какого-то одного, важного для данной теории свойства или отношения. В результате возникает некий объект, обладающий только этим свойством или отношением. Необходимость идеализации обусловлена стремлением исключить из рассмотрения различного рода побочные факторы, представить исследуемые процессы в чистом виде. Так возникают понятия «абсолютно черное тело», «абсолютно упругая жидкость», «сплошная среда», «идеальный газ» и т.п. Вполне очевидно, что в действительности таких объектов не существует. Следует помнить, что для создания идеального объекта совсем не обязательно использовать какие-то реальные свойства и отношения, они могут быть и гипотетическими. Именно так было введено понятие атома как бесконечно малой бесструктурной единицы вещества.
Задача науки - выявление общих законов, которые выражают повторяющиеся в различных предметах и явлениях существенные свойства и отношения. Но, чтобы выделить существенные свойства и отношения, нужно уметь отвлекаться от несущественных, то есть создавать научные абстракции. Без их введения невозможна научная деятельность. Когда же мы начинаем применять созданную теорию на практике, мы должны вернуться вновь к предметам и явлениям действительности во всей совокупности их свойств и отношений. А это есть проблема исключения научных абстракций. Поэтому важно правильно вводить и исключать научные абстракции.
Метод - это система мыслительных и практических правил и приемов, познания действительности, позволяющих достичь желаемого результата, которым может быть как знание о действительности, так и изменение положения дел в ней. В науке от метода зависит многое.
Методы естествознания неотделимы друг от друга и находятся в тесном единстве и взаимосвязи. Все научные методы можно условно разделить на две группы: общие и особенные. Общие методы позволяют связывать воедино все стороны процесса познания. К ним относят метод восхождения от абстрактного к конкретному, единство логического и исторического. Особенные методы касаются только одной стороны изучаемого предмета. Это наблюдение, эксперимент, анализ, синтез, индукция, дедукция, измерение, сравнение.
Наблюдение - совокупность преднамеренных действий человека, предпринимаемых с целью выявления существенных свойств и отношений объекта.
Эксперимент - метод исследования, при котором явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях
Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-то одного объекта на другой, менее изученный, в данный момент изучаемый.
Моделирование - научный метод, основанный на изучении объектов посредством их моделей. Применяется в случаях, когда изучаемый объект или явление оказываются недоступными для изучения. В науке используются следующие типы моделирования:
предметное моделирование - исследование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта-оригинала.
знаковое моделирование - в качестве моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Важным видом такого моделирования является математическое моделирование.
мыслительное моделирование - при этом типе вместо знаковых моделей используются мыслительно-наглядные представления этих операций. В последнее время в науке получил большое распространение модельный эксперимент с использованием компьютеров. В этом случае в качестве модели выступает программа функционирования изучаемого объекта.
Анализ - метод научного познания, в основу которого положена процедура мыслительного или реального расчленения предмета на составляющие части. Анализ обычно является начальной стадией любого исследования.
Синтез - метод научного исследования, основанный на соединении различных элементов предмета в единое целое, в систему. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных при анализе. При синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта.
Индукция - метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента (от частного к общему). Различают:
полную индукцию, при которой строится общий вывод на основании изучения всех предметов или явлений; при этом полученное умозаключение имеет характер достоверного вывода.
неполную индукцию - при этом общий вывод строится на основании наблюдения ограниченного числа фактов. Добытая таким путем истина неполна и получается вероятностное знание, требующее дополнительного подтверждения.
Дедукция - метод научного исследования, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам (следствиям). Метод дедукции не позволяет получить содержательно нового знания, но дает возможность логически развернуть систему положений на базе исходного знания. Применяется как способ выявления конкретного содержания общих посылок.
Частные методы - это специальные методы, применяемые в пределах отдельных отраслей наук. Возможно применение частных методов в смежных науках, например, методов физики в химии, биологии и т. д.
1.6. Модели развития науки
Общий ход развития науки, в том числе и естествознания включает три основные ступени познания природы и мира в целом:
Непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого (греческая натурфилософия);
Анализ природы, расчленение ее на части (характерно для позднего средневековья и начало Нового времени);
Воссоздание целостной картины на основе познанных частностей, соединение анализа с синтезом (характерно для зрелого периода развития науки).
В настоящее время выделяются три основные модели развития науки:
Эволюционная (кумулятивная), т.е. развитие науки как непрерывный, поступательный, прогрессивный процесс;
Революционная - развитие науки через научные революции.
Кейс стадии - ситуационные исследования.
Долгое время в развитии науки преобладала эволюционная модель, основанная на накоплении знаний, но в середине XIX в. в науке начинают формироваться новые теории, принципиально отличающиеся от предшествующих.
Революция в науке - явление многогранное, но в каждой научной революции можно выделить три основные черты:
Существование необходимости теоретического обобщения нового эмпирического материала;
Наличие коренной ломки традиционных господствующих представлений о природе;
Возникновение в науке кризисных ситуаций.
В историческом развитии научного познания можно выделить несколько типов научных революций:
Частная (микрореволюция) - затрагивает одну отрасль знания;
Комплексная - революция, затрагивающая ряд областей знаний;
Глобальная - это революция, изменяющая основания науки.
1-я глобальная научная революция произошла в XVI-XVII вв. В это время произошел революционный скачок в науках, изучающих механическую форму движения материи, что привело к становлению классического естествознания.
В середине XIX в. в естествознании произошло несколько комплексных революций: открытие закона сохранения и превращения энергии, периодического закона Д. И. Менделеева, создание клеточной теории, эволюционного учения Ч. Дарвина.
2-я глобальная научная революция произошла в начале ХХ века и связана с пересмотром научных представлений о пространстве и времени на основе теории относительности и квантовой механики.
В настоящее время можно говорить о третьей глобальной научной революции, в ходе которой рождается новая постнеклассическая наука.
Кейс - стадис - это относительно новое направление в развитии науки, разрабатываемое с 70-х годов нашего столетия. Используется большей частью в гуманитарных науках. Применительно к истории - это изучение наиболее значимых событий несколько изолированно, а не как этап, ведущий к современному состоянию. Кейс - стадис допускает одновременное существование разных теорий и даже парадигм.
1.7. Особенности современной естественнонаучной картины мира
Интеллектуальная составляющая любого мировоззрения — миропонимание, которое иначе называется картиной мира. Содержание этого мировоззренческого компонента зависит от того, говорим мы о теоретическом уровне функционирования мировоззрения или о жизненно-практическом. Обыденная картина мира — миропонимание в его жизненно-практическом модусе — базируется на повседневных знаниях эмпирического характера, складывается стихийно и к объективной реальности может иметь весьма отдаленное отношение. Миропонимание на теоретическом уровне, или теоретическая картина мира, представлено научными, философскими, религиозными идеями.
Научная картина мира — это система представлений об общих закономерностях в природе, возникающая в результате синтеза знаний, полученных в рамках различных научных дисциплин. Научная картина мира строится на базе определенной фундаментальной теории. Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные прежде всего в области физики.
Исторически первая естественнонаучная картина мира сложилась в XVII—XVIII вв. на основе классического естествознания. Научная картина мира понималась как точная копия реальности, существующей независимо от человека. Механистическая картина мира, долгое время считавшаяся абсолютно истинной и единственно возможной, сформировалась в Новое время на основе физики И. Ньютона и философии Р. Декарта.
Вселенная, в рамках механистической картины мира, представала как хорошо отлаженная машина, действующая по законам строгой необходимости, а явления и вещи были связаны между собой в цепочку причин и следствий. Вселенная представляет собой пустое пространство, в котором по четким, легко просчитываемым траекториям движутся массы вещества. В таком мире нет случайностей, случайно только то, причин чего мы пока не знаем. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он может получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Материя в свою очередь состоит из неделимых атомов, обладающих постоянной массой. Время в этой Вселенной абсолютно, однонаправлено и независимо от вещества. Человек понимался как природное тело в ряду других тел, и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещных» проявлениях.
Во второй половине XIX в. начинают быстро развиваться гуманитарные и социальные науки, которые по своему содержанию (предмету, методу, формам существования) конфликтуют с классическим образом научности. Открытия в самом естествознании, не находящие объяснения в рамках прежней парадигмы, подталкивают ученых к отказу от классических механистических представлений. Научная революция на рубеже XIX—XX вв. повлекла за собой трансформацию основных «параметров» классического взгляда на реальность. Суть этих изменений можно описать так: механистический взгляд на мир сменился взглядом органическим и системным. В рамках системной парадигмы Вселенная предстает как совокупность связей, а не вещей; современное естествознание изучает взаимодействия, а не отдельные, замкнутые объекты; мир представляет собой неделимую реальность всеобщих связей, а не мозаику разрозненных элементов. И если образом мира в классическом естествознании был часовой механизм, то образом мира в неклассической науке может быть паутина или сеть.
Начало трансформации от механистической к органической картине мира положили открытия в физике: общая и специальная теория относительности А. Эйнштейна, опыты с радиоактивными альфачастицами Э. Резерфорда, работы по квантовой механике Н. Бора, открытие принципа неопределенности В. Гейзенбергом. Дальнейшее содержательное наполнение системной парадигмы происходило за счет новых данных, которые предоставляли психология, в рамках которой сформировалась концепция бессознательной психики, биология и генетика с их успехами в области постижения сущности жизни, астрофизика, изучающая закономерности существования мегамира, кибернетика и синергетика, описывающие поведение сложных открытых систем, и др.
Развивающаяся наука XX в. перестала рассматривать мир как простой и ясный. Более того, она вынуждена была вернуть в этот мир человека. Взгляд современной науки перестал быть тотально объективистским. Как утверждал известный физик В. Гейзен-берг, главным достижением современного естествознания стало разрушение неподвижной системы понятий классического естествознания и веры в возможность абсолютного познания, которую И. Пригожий назвал основополагающим мифом классической науки.
Новые научные достижения показали, что человеческое сознание изначально вплетено в систему объективных связей вещей и явлений. Один из принципов новой научной парадигмы утверждает, что мир устроен таким образом, что появление в нем человека является закономерным. Новая органическая парадигма отказывается от субстанциональной концепции пространства и времени в пользу реляционной. Согласно современному взгляду на мир материя не сводится к веществу, существуя как в вещественной, так и в полевой форме, а также в виде плазмы и вакуума. Трансформации материи могут быть описаны одновременно как взаимодействия частиц и как волновые процессы.
Связи между событиями и явлениями во Вселенной необъяснимы только с точки зрения ньютоновско-картезианской причинности, требуются иные способы интерпретации существующих в мире закономерностей. Современное представление о детерминизме конкретизируют в следующих принципах:
S принцип всеобщей взаимосвязи явлений и событий;
принцип причинности;
принцип многообразия типов детерминации;
принцип закономерности отношений обусловливания.
Весь, окружающий нас мир, материален. Материя - это объективная реальность, существующая независимо от человека и его представлений о ней.
Одним из основных свойств материи является ее неисчерпаемость. Неисчерпаемость материи предполагает ограниченную применимость любых законов, схем, моделей. Практически любой закон имеет границы применения. Некоторые законы, теории существуют для «идеальных» систем, например, идеальный газ, идеальный проводник и т. д. Неисчерпаемость материи предполагает ее бесконечность. Различают:
Экстенсивную бесконечность (бесконечность вширь) - бесконечность Вселенной;
Интенсивную бесконечность (бесконечность вглубь) - бесконечность микромира. Современная физика элементарных частиц утверждает, что в природе нет абсолютно элементарных объектов.
Изучение материи предполагает системный подход.
1.6. Системный подход
Система - это внутренне организованная целостность, в которой все элементы настолько тесно связаны друг с другом, что выступают как нечто единое. Система состоит из элементов. Элемент системы – это минимальная единица в составе целого, выполняющая в нем определенную функцию. Системы могут быть простыми и сложными.
Сложной считается такая система, элементы которой сами рассматриваются как системы. Системами являются и живые организмы, и компьютеры, и общественные структуры, и научные теории, и Вселенная, и атом.
В неживой природе множество объектов будет целостной системой только в том случае, если энергия связи между ними больше их суммарной кинетической энергии совместно с энергией, направленных на разрушение системы. В противном случае система не возникнет или распадется. Стабильность и целостность систем косвенно обусловлена действием закона сохранения энергии. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.
Но не всякая совокупность явлений представляет собой систему. Характер связи, существующий между элементами системы, определяется понятием структуры.
Под структурой материи понимается совокупность связей элементов в системе, определяющая качественную специфику системы. Из всего многообразия форм объективной реальности (материи) эмпирически доступной для наблюдения является область материального мира от 10-15 см до 1028 см (около 20 млрд. световых лет). В этих доступных для человека масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации в виде множества взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.
Ни один элемент системы не может измениться без того, чтобы вся система не претерпела того или иного изменения. Структура любой системы опирается на коррелятивные связи. Гармонические, согласованные коррелятивные действия элементов – необходимое условие существования системы. Закон коррелятивной изменчивости органов в процессе биологической эволюции установил Ч. Дарвин. Принцип корреляции был использован отечественным антропологом М. М. Герасимовым в работах по реконструкции черт лица по черепу. В настоящее время коррелятивная методика используется практически во всех гуманитарных и естественных науках.
Становление структуры во времени подчиняется определенным периодическим или циклическим закономерностям, которые носят название ритмичности процесса развития. Ритмы пронизывают все существование материи. Ритмичны геологические процессы (горообразование, опускание и поднятие суши, сухой и влажный климат и т. д.). Ритмичны и биологические процессы (биоритмы), информационные процессы, где без соблюдения ритмических законов нарушается сама возможность передачи информации. На ритмической основе существует музыка.
Общность ритмов различных процессов свидетельствует об общности самих этих процессов. Изменение ритма процесса говорит о смене качества функционирующей системы. Например, изменение в частотах электромагнитных излучений, идущих от различных органов человека, говорит о заболевании этих органов.
Ритмы, в зависимости от частоты подразделяются на:
мегаритмы (многолетние);
мезоритмы (окологодичные, длительность в несколько дней);
циркадные (околосуточные)
микроритмы (минутные).
Основными формами материи являются вещество и поле.
Вещество - это различные частицы и тела, имеющие массу покоя.
Поле - это специфическая форма распределения материи в пространстве и времени. Поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией и импульсом. Вещества и поля тесно взаимосвязаны между собой. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет заполнено полями, а на долю частиц приходится ничтожная часть общего объема системы (10-36-10-40 объема). Таким образом, поля входят в структуру вещества. Это доказывает единство непрерывности (континуальности) и прерывистости (дискретности) материи.
Частицы обладают относительной дискретностью и локализованностью в пространстве, поля непрерывно распределены в нем. При излучении и поглощении поля ведут себя дискретно, в виде квантов. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы неотделимы от полей, провести четкую границу между окончанием частицы и началом ее внешнего поля нельзя.
Единство непрерывного и прерывистого в структуре материи проявляется в единстве корпускулярных и волновых свойств всех частиц вещества. Обладая относительной дискретностью, объекты микромира при взаимодействиях и движении могут проявлять волновые свойства: способность к дифракции, интерференции, характеризуются длиной волны (l), обратно пропорциональной их массе (m) и скорости (v).
где h - постоянная Планка (вторая скорость света в вакууме);
Это соотношение устанавливает взаимосвязь корпускулярного параметра частицы (массы) с волновым (длина волны).
Поле и вещество обладают определенными физическими параметрами. Движущееся поле (волна) описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями в пространстве и времени. Частицы характеризуются массой покоя, зарядом, временем жизни, квантовыми числами, спином (моментом количества движения).
Вещество может находиться в четырех состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном (сильно ионизированного газа). Разновидностями плазмы являются: пламя, взрыв, электрические заряды (искровой, тлеющий, дуговой, коронный, шаровой).
Поля бывают: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое (связывают частицы в ядрах атомов). В настоящее время ряд ученых признает существование биополя, но пока его реальность недостаточно подтверждена экспериментально.
Способом существования материи является движение.
Движение - это всякое изменение вообще, а именно в пространстве и времени. Материя и движение сущностно едины, их нельзя разделить. Это доказывает формула Эйнштейна:
где Е - энергия (характеристика движения);
m - масса;
c - скорость света.
Выделяют пять форм движения материи, расположенных иерархически: механическое (прямолинейное равномерное, ускоренное движение, взаимодействие и т. д.), физическое (броуновское движение, электрический ток, движение элементарных частиц, ядерные реакции), химическое (движение атомов, ионов, радикалов в химических реакциях), биологическое (питание, дыхание, выделение, размножение, т. е. основные физиологические процессы) и социальное (миграции, экономика, политика, войны, революции и т.д.).
1.7. Самоорганизация материи
Идея самоорганизации материи утвердилась в научном мировоззрении во второй половине ХХ века в связи с заменой стационарной модели Вселенной развивающейся моделью. Стационарная модель Вселенной считала господствующей тенденцию материи к разрушению случайно возникшей упорядоченности и возвращению ее к исходному хаосу. Прежние представления базировались на основе статистической механики и равновесной термодинамики, которые описывают поведение изолированных систем, не обменивающихся ни веществом, ни энергией с окружающей средой. Вселенная тоже рассматривалась как замкнутая система.
Сегодня наука считает все известные системы, от самых малых, до самых больших, открытыми, т. е. обменивающимися веществом, энергией, информацией и находящимися в термодинамически неравновесном состоянии. На этой основе возникло представление о самоорганизации материи.
Самоорганизация - это природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую критического состояния в своем развитии, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.
Критическое состояние - это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного эволюционного развития.
Сложные объекты обладают новыми качествами, которых лишены исходные простые элементы, составляющие их. Процесс объединения простых элементов в более сложные системы протекает лишь при определенных условиях, при которых наступает критический момент. Существуют пороговые значения управляющих параметров (температура, плотность, давление и т. д.), называемые критическими значениями, которые отделяют область возможного образования от области, где этот процесс невозможен.
Наиболее высоким уровнем упорядоченности обладает жизнь и порожденный ею разум. Тем не менее, сравнительно недавно установлено, что самоорганизация присуща неживой природе в той же мере, что и живой. Все самоорганизующиеся системы различных уровней имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным системам. Разработка теории самоорганизации началась в последние годы по нескольким направлениям:
синергетика (Г. Хакен);
термодинамика неравновесных процессов (И. Пригожин);
катастроф (Р. Том).
Синергетика (от греч. sinergia — сотрудничество, содействие) - наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок. Возникшие сложные упорядоченные системы попадают под действие конкуренции и отбора. Как утверждает Г. Хакен, это приводит в определенном смысле к обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир.
Объект изучения синергетики, независимо от его природы, должен удовлетворять следующим требованиям:
система должна быть открытой, т. е. обмениваться веществом и энергией с окружающей средой;
система должна быть достаточно далеко от точки термодинамического равновесия, т. е. в состоянии, близком к потере устойчивости;
обладать достаточным количеством элементов, взаимодействующих между собой;
иметь положительную обратную связь, при котором изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, что приводит к возникновению нового порядка и структуры;
сопровождаться нарушением симметрии, т. к. изменения приводят к разрушению старых и образованию новых структур;
скачкообразно выходить из критического состояния при переходе на более высокий уровень упорядоченности. Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором малые изменения параметров системы вызывают очень сильные изменения ее состояния и переход в новое качество.
Примеры синергетики существуют во всех естественных науках:
Неравновесная термодинамика И. Пригожина рассматривает неравновесность открытых систем как причину порядка. Чтобы система могла не только поддерживать, но и создавать порядок из хаоса, она обязательно должна быть открытой и иметь приток вещества и энергии извне. Такие системы И. Пригожин назвал диссипативными. Весь мир, доступный человеку, состоит именно из таких систем. Поэтому в окружающем мире повсюду обнаруживается эволюция, разнообразие форм, неустойчивость. По мнению Пригожина, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым, естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости».
В ходе эволюционного этапа развития диссипативная система теряет устойчивость и приходит в состояние сильной неравновесности. Это происходит при критических значениях управляющих параметров.
Разрешением кризисной ситуации является быстрый переход диссипативной системы в одно из возможных устойчивых состояний, качественно отличающихся от исходного. Это и есть акт самоорганизации системы. В состоянии перехода из одного состояния в другое, элементы системы ведут себя взаимосвязано, хотя до этого пребывали в хаотическом движении.
Переход диссипативной системы из критического состояния в устойчивое неоднозначен. Сложные неравновесные системы имеют возможность перейти из неустойчивого в одно из нескольких устойчивых состояний. Выбор системой варианта устойчивого состояния носит случайный характер. Этот переход носит скачкообразный, одноразовый и необратимый характер. Критическое значение параметров системы, при которых возможен неоднозначный переход в новое состояние, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т.е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой. Т.е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования.
Таким образом, самоорганизация позволяет по-новому взглянуть на соотношение случайного и закономерного в развитии систем и природы в целом. В их развитии выделяются две фазы:
плавная эволюция, ход которой закономерен и предопределен;
скачки в точках бифуркации, протекающие случайно и поэтому случайно определяющие последующий эволюционный этап до новой критической точки.
Самоорганизация не подчиняется статистическим законам, время в ней носит необратимый характер, позволяя говорить о «стреле времени» - невозможности поворота скачка вспять. «Будущее при нашем подходе, — пишут И. Пригожий и И. Стенгерс, — перестанет быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означает конец классического идеала всеведения». Представление об объективности случайных факторов становится фундаментальным принципом современной науки. Синергетический подход позволяет ответить на вопрос: почему вопреки действию закона энтропии мир демонстрирует высокую степень организованности и порядка? Синергетика последовательно опровергает теорию тепловой смерти Вселенной. Хаос понимается как особый вид регулярной нерегулярности и более не рассматривается как разрушительное состояние. Хаос созидателен, поскольку развитие и самоорганизация систем осуществляются через хаотичность и неустойчивость. Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем.
В настоящее время синергетический подход получил признание не только в естествознании, но и в гуманитарных и социальных науках.
Проблемами самоорганизации также занимается теория катастроф. Катастрофы - это скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. Эта теория исследует все скачкообразные переходы, разрывы, внезапные качественные изменения.
Тема 2 ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.
2.1. Периодизация и хронология развития естествознания
Историю человеческой мысли можно разделить на четыре основных этапа: — мифологический, натурфилософский, религиозный и научный. Продолжительность каждого этапа составляет примерно 1100 лет. Причина смены одного этапа другим определяется сменой веры или критики (разума) в качестве способов мышления и принятия решений.
Умственная деятельность - абсолютное условие человеческого бытия. В науке рассматривают биосоциальную сущность человека, как мыслящего, говорящего, общающегося, действующего, вместе с другими: индивидуальность возникает как продукт социальности.
На первом из рассматриваемых этапов (1700—600 гг. до н. э.) решающую роль в принятии решений играла мифология, или обожествление естественных сил и тел природы (этап веры). На втором этапе (600 г. до н. э.— 485 г. н. э.) главенствующую роль стала играть натурфилософия как способ рационального поведения и возведения человеческого разума в центр мироздания. Третий этап (485—1584 гг. н. э.) вновь характеризуется преобладанием веры над разумом и церкви над обществом, обожествлением человека, консерватизмом по отношению к науке. Наконец, четвертый этап (1584—2700 гг. н. э.) выводит на первый план науку и ученого как творцов Нового мира (этап разума и техники).
Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На этапе мифологии происходит накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. На основе мифология в последующем стали развиваться натурфилософия и религия. В мифологической картине мира объекты окружающей среды и человек связываются друг с другом совершенно случайным образом, но объясняют весьма важные явления. На этапе натурфилософии к практике преобразования природы добавляется теоретическое осмысление причин, способов и особенностей трансформации природы, появляются первые концепции рационального объяснения изменений природы. В течение религиозного этапа естествознание вновь сосредоточивается на накоплении фактов, поскольку в качестве единственной причины изменений природы религия выводит Бога. В течение четвертого этапа факты, методики и теории объединяются в естествознание как целостную науку о природе, происходит череда научных революций, кардинально меняющих практику общественного развития.
2.2. Натурфилософский этап
Натурфилософский этап, связанный с функционированием греческой и римской цивилизаций, был подготовлен функционированием древнекитайских, индийских, ближневосточных и средиземноморских (минойская, микенская) цивилизаций. Начинается этап в 600 г. до н. э. с работ Фалеса Милетского, заложившего основы современной философии и естествознания. Фалес первым занялся астрономией и мог предсказывать солнечные затмения. Ему принадлежит первая теория Земли (Океан — всем прародитель; Земля плавает на воде) и идея абстрактного Бога (Бог — то, у чего нет ни начала, ни конца; Бог — это ум космоса; Бог древнее всего, ибо он не сотворен).
В дальнейшем ученик и родственник Фалеса — Анаксимандр изобрел астрономические инструменты (солнечные часы), первым в Элладе начертил географическую карту мира и разработал систематическую космологию (570 г. до н. э.), в которой использовались понятия «беспредельного», времени, преобразования вещей, тепла, холода и др. Позже близкий друг Анаксимандра — Анаксимен из Милета постулирует изменение и преобразование первоматерии (545 г. до н. э.), Ксенофан вводит понятие человеческого прогресса, философский монотеизм, скептицизм в отношении антропоморфных божеств (520 г. до н. э.), Анаксагор вводит понятие вселенского разума — Ноос (460 г. до н. э.).
Уже к 430 г. до н. э. Демокрит разрабатывает атомистическое учение. По его представлениям, началом Вселенной являются атомы и пустота. Атомы представляют собой некие тела, невидимые из-за малой величины и неделимые из-за твердости. Они движутся в пустоте бесконечное время, и когда приближаются друг к другу или зацепляются друг за друга, то образуются вода, воздух, огонь, растения или человек. Разные тела могут состоять из одних и тех же атомов. Представления Демокрита о Вселенной также весьма современны. Он считал, что мир не одушевлен и управляется некоей бессознательной природой; что миров бесчисленное множество, они различны по величине, появляются из пустоты и превращаются в пустоту; что движение вечно.
В конце 400-х гг. до н. э. Гиппократ закладывает основы античной медицины, Платон пишет знаменитые «Диалоги» и создает Академию в Афинах (399—347 гг. до н. э.), Евдокс формулирует первую теорию планетарного движения (360 г. до н. э.), Аристотель пишет «Метафизику» и другие знаменитые работы («Категории», «О небе», «Метеорологика», «Физика» и др.), создает геоцентрическую систему Вселенной и основывает Ликей в Афинах (342—323 гг. до н. э.), Евклид создает «Начала» как свод классической геометрии (295 г. до н. э.), Аристарх обосновывает гелиоцентрическую систему Вселенной (270 г. до н. э.), Архимед развивает начала классической механики и математики (240 г. до н. э.), Гиппарх из Никеи составляет первую подробную карту звездного неба и закладывает основы классической геоцентрической космологии (130г. до н. э.).
После завоевания Греции Римом в 146 г. до н. э. Лукреций (60 г. до н. э.), Цицерон (45-44 гг. до н. э.), Овидий (8 г. н. э.) продолжают развитие греческой традиции. В знаменитой работе «О природе вещей» Тит Лукреций Кар дает предельно полную картину представлений о природе. Согласно этим представлениям природу составляют две вещи — тела и пустота. Первоначала вещей просты и плотны. От начал (атомов) начинается движение и передается все более крупным телам. Изменения материи влекут за собой и перемены в вещах. Проблему пространства и времени Лукреций трактует так: «Если ж пространства иль места, что мы пустотой называем, не было вовсе, тела не могли бы нигде находиться и не могли б никуда и двигаться также различно... Также и времени нет самого по себе, но предметы сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось, что происходит теперь и что последует позже. И неизбежно признать, что никем ощущаться не' может время само по себе, вне движения тел и покоя».
В последующем Птолемей закладывает основы классической астрономии и астрологии (140 г. н. э.), Гален совершает открытия в медицине. Однако с течением времени натурфилософия теряет последователей и приводит мыслителей к противоречивым выводам. Эти выводы связаны с признанием того обстоятельства, что увеличение знания приводит не к увеличению познаваемости мира, а наоборот — «чем больше знаешь, тем больше понимаешь свое невежество».
В целом, для периода натурфилософии характерно формирование в этот период стиля современного научного мышления, включающего любознательность, стремление к нововведениям, критику, глубокий интерес к проблемам жизни и смерти, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам в качестве базовых составляющих, а также поиск неких универсалий — идей, законов, абсолютов, начал и т. д., — дающих рациональное понимание всего окружающего мира (микро-, мезо- и макрокосма).
2.3. Религиозный период
Натурфилософия подготовила идею абстрактного Бога во всем ее многообразии, а также создала разнообразнейшие знания о природе. В то же время человечество нуждалось в исследовании не только природы, но и общества. Более важным становилось регулирование отношений между людьми, а не между людьми и природой. Поэтому в I тысячелетии н. э. центр познаваемых проблем сместился от исследований связи между человеком и природой к исследованию связей между человеком и человеком посредством Бога и Сына Божьего. Функция разумного Творца была отдана Богу, поэтому человеку оставалось подчиняться существующему устройству мира, и любая критика воспринималась как критика Бога.
Результатами подобного миропонимания стали:
а) принижение ценности наблюдения, анализа и постижения
природы и перенесение акцента с рациональных и эмпирических
способностей-человека на его эмоциональную, нравственную и ду
ховную сферы;
б) опровержение способности человека самостоятельно про
никать (интеллектуальным или духовным и практическим путем)
в смысл мироустройства;
в) постулирование абсолютных полномочий церкви и Свя
щенного Писания в установлении абсолютных истин;
г) презрение к физическому миру и настоящей жизни в пользу
будущей райской жизни и служения Богу, причем понятия «мир»,
«плоть» и «дьявол» нередко сближались;
д) утверждение божественного и коллективного над личност
ным и индивидуальным.
2.4. Возникновение классического естествознания
Формирование классического естествознания началось в эпоху Возрождения (XV—XVI вв.). В это время была создана та мировоззренческая основа, на которой в Новое время и Просвещение (XVII—XVIII вв.) сформировалась классическая наука. В XV—XVI вв. европейская культура пережила настоящий переворот, сутью которого стало освобождение от религиозного диктата. Следствием культурных изменений стало возникновение светского искусства, светской философии, политики, не зависящей от религиозных предписаний и, конечно, новой науки.
Начало классического естествознания связано прежде всего с изменением представлений о предмете, достойном ученых изысканий. В Средневековье все познавательные усилия философа или ученого сосредоточивались на Боге, Возрождение признало достойными предметами научного и философского изучения человека и природу. Такая трансформация мировоззрения привела к возникновению пантеизма — философско-мировоззренческой концепции, отождествляющей природу и Бога. Пантеизм предполагает, что, познавая природу, человек одновременно постигает Бога, т.е. высокий смысл познания в естественнонаучных изысканиях, далеких от идеи служения Богу и спасения души, сохраняется. Следствием пантеизма стало распространение идей гилозоизма (концепции всеобщей оживленности природы) и панпсихизма (концепции всеобщей одушевленности природы). В эпоху Ренессанса формируется также философско-мировоззренческая концепция деизма, утверждающая, что Бог творит мир, но затем в дела мира не вмешивается, Вселенная продолжает существовать самостоятельно, подчиняясь естественным законам, которые могут быть познаны средствами разума.
Деизм вырастает из средневековой концепции двойственной истины и противостоит религиозному креационизму. Деизм представляет собой светскую версию религиозной концепции первотолчка, с помощью которого Бог заводит «часовой механизм» Вселенной. Пантеизм и деизм стали формами преодоления теизма и креационизма и подготовили возникновение научного мировоззрения.
Новое время в западноевропейской истории знаменуете быстрым развитием естественных наук: физики, астрономии математики, химии. Основным предметом научных исследований выступает природа, понимаемая как огромная машина, функционирование которой подчиняется механическим закономерностям. Задачей естествознания становится выявление и количественное выражение этих закономерностей. Ведущей естественнонаучной дисциплиной выступает физика, единственно допустимым научным языком — язык математических формул. Развитие естествознания диктует основную тему философской рефлексии в Новое время — тему возможностей создания универсальной науки и построения универсального метода. Новое время провозглашает занятия наукой наиболее важной деятельностью, способной избавить человечество от любых бед и страданий.
Решается важнейшая культурная задача создания основ нового типа мировоззрения и научной методологии, которые разрабатываются в философских учениях Ф. Бэкона, Дж. Локка, Р. Декарта, Б. Спинозы, Г. Лейбница и др.
Необходимость создания целостной, логически стройной и простой теории, описывающей устройство мира, а также неудовлетворенность христианской картиной мироздания послужили необходимыми предпосылками для создания в эпоху Возрождения гелиоцентрической системы.
Переворот в астрономии связан с именем польского философа и ученого Н. Коперника. Согласно гелиоцентрической системе Н. Коперника в центре мира находится Солнце, вокруг Солнца по круговым орбитам равномерно движутся планеты, среди которых находится и Земля вместе со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы располагается сфера звезд. Наблюдаемые движения небесных тел являются следствием как их собственного движения, так и перемещения Земли, осуществляющей годовое вращение вокруг Солнца и суточные вращения вокруг своей оси. По мнению Н. Коперника, Вселенная конечна и ограничивается одной планетарной системой. Несмотря на запрет гелиоцентрическая система окончательно утвердилась в астрономии, подготовила ньютонианскую революцию в физике и возникновение классической науки.
Изучая гелиоцентрическую систему Н. Коперника, Дж. Бруно не согласился с выводом о конечности и уникальности нашей Вселенной. По-видимому, под влиянием философских идей Н. Кузанского Дж. Бруно предложил концепцию множественности планетных систем и бесконечности Вселенной, согласно которой Солнце является звездой, совершенно равноправной с другими звездами, и поэтому не может находиться в центре мира. Поскольку наблюдается множество звезд, то должно существовать и множество планетных систем, часть которых вполне может быть населена разумными существами. Таким образом, в противовес идеям Н. Коперника Дж. Бруно предложил концепцию вечной, бесконечной Вселенной, во многих местах которой существуют жизнь и разум.
Математическое уточнение положений гелиоцентрической системы было осуществлено немецким ученым И. Кеплером, который прояснил закономерности движения планет. Интересно, что в основе научных исследований И. Кеплера лежала религиозная идея поиска числовой гармонии Вселенной, в которой, по мнению немецкого ученого, должен был выразиться замысел Творца. Основным мотивом научных изысканий И. Кеплера было как раз стремление постичь этот высший замысел. Закономерности движения планет И. Кеплер сформулировал в виде трех законов. Согласно первому закону форма орбит, по которым движутся планеты, является эллиптической, а не круговой. Второй закон утверждал неравномерность движения планет по орбитам: чем дальше планета находится от Солнца, тем меньше ее скорость. Третий закон говорил о том, что квадраты времен движения планет вокруг Солнца относятся друг к другу как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Законы И. Кеплера указывали на то, что движение планет определяется Солнцем, при этом действует единая сила, которая может быть выражена точным математическим законом. Для объяснения природы этой силы И. Кеплер представил Солнце в виде огромного магнита, а его действие на планеты описал в виде вихря, который возникает в эфире от вращения магнита. Немецкий астроном пришел к выводу, что сила, влияющая на движение планет, обратно пропорциональна расстоянию от Солнца. Однако, дальнейшее развитие физики и создание И. Ньютоном механики показало, что этот вывод был ошибочным: сила тяжести, а именно ее природу пытался постичь И. Кеплер, обратно пропорциональна квадрату расстояний между объектами.
Большим шагом вперед в развитии астрономии XVIII в. стало философское осмысление И. Кантом новых эмпирических данных, которые к тому времени были накоплены астрономами. Великий немецкий философ создал оригинальную космогоническую концепцию, которая содержала целый ряд принципиально новых идей. Результаты своих размышлений И. Кант изложил в работе «Всеобщая естественная история теория неба, или попытка истолковать строение и механическое происхождение всего мироздания, исходя из принципов Ньютона» (1755).
Центральной идеей кантовской космогонии стал принцип исторического развития Вселенной. Природа впервые рассматривалась как имеющая собственную историю, а развитие космических тел представлялось как медленное эволюционирование без серьезных качественных преобразований. И. Кант признавал существование Бога и придерживался позиции деизма, согласно которой Вселенную творит Бог, однако затем он не вмешивается в дела мира. Основными силами, действующими во Вселенной, И. Кант считал силы притяжения, отталкивания и химического соединения. Немецкий философ утверждал, что Вселенная имеет начало, однако не имеет конца, космические системы возникают, а затем разрушаются, но на их месте появляются другие и так до бесконечности. Кроме того, Вселенная не только бесконечна во времени, но и безгранична в пространстве, а все системы, существующие в ней, связаны друг с другом. По мнению И. Канта, Вселенная расширяется, небесные тела в центре мира гибнут быстрее, однако на периферии продолжается образование новых космических систем.
Первоначальным состоянием природы немецкий философ считал хаос, в котором пребывало первичное вещество. Эта первичная рассеянная материя создается Богом. Затем под действием механических сил притяжения и отталкивания образуются небесные тела и целые звездные миры. По мнению И. Канта, разумная жизнь может существовать не только на Земле. Немецкий философ утверждал, что человеческий род не только не уникален, но еще и несовершенен. Подобная мысль в эпоху, когда человек понимался как образ и подобие Бога, была не просто новаторской, но в определенной мере даже опасной для высказавшего ее философа. Космогония И. Канта стала существенным шагом вперед в понимании того, как устроена Вселенная, а многие космогонические идеи были восприняты значительно позже — в науке и философии XX в.
В XVI в. Г. Галилеем были заложены основы классической физики, которые в последствии (в XVII в.) были развиты в механике И. Ньютона. Классическая механика стала основанием мировоззрения Нового времени, которое в силу этого называют механистическим. В рамках механистической парадигмы материя отождествляется с веществом, а все явления природы объясняются механическим перемещением тел. В качестве идеальных объектов изучения выступают материальные частицы и физические тела как совокупности материальных частиц, а предельно абстрактными физическими образами — образы материальной точки и абсолютно твердого тела как системы материальных точек.
Фундаментальным для классической физики является понятие сипы — физической меры взаимодействия тел или материальных точек. Взаимодействие тел в макромире объясняется действие гравитационных (сила тяготения) и электромагнитных сил.
Основоположником экспериментального естествознания по праву считается философ эпохи Возрождения Г. Галилей. Его заслугой стало формулирование принципа относительности, который стал центральным постулатом классической физики. Согласно этому принципу законы механики, справедливые в одной системе координат, справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т.е. во всех инерциальных системах отсчета физические явления происходят одинаково, они инвариантны при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Инерциалъной была названа система отсчета, которая находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного и равномерного движения.
В XVII в. французский философ Р. Декарт построил универсальную физическую картину мира, в основе которой лежала идея природы как совокупности взаимодействующих вещественных частиц. По мнению Р. Декарта, «мир, или протяженная материя, составляющая универсум, не имеет никаких границ», материальные частицы действуют друг на друга путем давления или удара, т.е. механически, а все изменения в универсуме сводятся к простому механическому перемещению вещества. Протяженная материя, по мнению Р. Декарта, существует автономно, т.е. ее законы не зависят от законов духовной субстанции или мышления. Огромной заслугой Р. Декарта стало создание рационалистической методологии научного познания, основы которой он изложил в работе «Рассуждение о методе» (1637).
Эксперименты Г. Галилея и философско-методологические принципы Р. Декарта стали основой механистического мировоззрения. Опираясь на идеи Г. Галилея и философию Р. Декарт, но полемизируя с физикой и космологией последнего, И. Ньютон построил собственную теорию, которая господствовала науке на протяжении трех столетий: с XVII по начало XX в. Как писал А. Эйнштейн — великий физик XX в., разрушивший казавшиеся незыблемыми позиции классической механики, — Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности, и оказал своими трудами сильное влияние на все мировоззрение в целом.
Основу методологии И. Ньютона составляют индуктивный метод и установка на экспериментальное определение количественных отношений между явлениями действительности. «Гипотез не измышляю!» — заявлял И. Ньютон, выражая основную идею своей методологии. Основу классической механики составляют три закона, названные законами Ньютона.
Первый закон: тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока на него не оказывают воздействие другие тела. Способность тела сопротивляться воздействию на него сил называют инертностью, поэтому первый закон Ньютона иначе называется законом инерции. Первый закон Ньютона устанавливает существование инерциальных систем отсчета. Понятие инерциальной системы отсчета И. Ньютон полностью воспринимает из теоретической концепции Г. Галилея.
Второй закон: ускорение, приобретаемое телом в результате воздействия на него, прямо пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе тела. Третий закон: всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Вершиной научного творчества И. Ньютона является теория тяготения, которая дает ответ на вопрос о природе силы, заставляющей двигаться небесные тела. Согласно закону всемирного тяготения тела притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила тяготения универсальна, проявляется между любыми двумя материальными телами независимо от их конкретных свойств и действует на любом расстоянии. И. Ньютон показал, что законы движения планет, открытые И. Кеплером, неразрывно связаны с действием силы всемирного тяготения, и являются математическим выражением этой силы. Таким образом, законы И. Кеплера оказались следствиями закона всемирного тяготения. Создание теории тяготения, которую иначе называют небесной механикой, окончательно утвердило победу гелиоцентрической системы Н. Коперника. Впервые в истории науки И. Ньютон различил понятия инертной и гравитационной масс. По его мнению, гравитационная масса тел обеспечивает действие между ними сил притяжения, инертная масса выступает мерой инертности, т.е. определяет способность тел сопротивляться воздействию каких-либо сил. Уже в классической науке был установлен факт равенства инертной и гравитационной масс, однако объяснение этому явлению было найдено значительно позже — в теории относительности А. Эйнштейна.
Немаловажными в физике И. Ньютона являются понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Абсолютное пространство совершенно пусто, существует не зависимо от физических тел, его свойства описываются геометрией Евклида. Движение в абсолютном пространстве осуществляется по законам механики и представляет собой перемещение по непрерывным траекториям. Абсолютное время протекает равномерно и называется длительностью. И. Ньютон ввел понятия относительного пространства и относительного времени. Относительное пространство — это чувственная мера абсолютного пространства, относительное время — чувственная мера абсолютного времени, т.е. это пространство и время, ограниченные сенситивными способностями познающего их человека. Концепция абсолютного пространства и абсолютного времени была названа субстанциальной.
Второй составляющей классической физики является термодинамика, которая описывает тепловые явления в макромире. Теплота рассматривается как род внутреннего движения частиц: чем быстрее движение частиц, тем выше температура тела. Теорию тепла называли корпускулярной (от слова «корпускула» — частица), поскольку в ее основе лежало представление об атомистическом строении вещества. С корпускулярной теорией конкурировала теория теплорода, согласно которой тепловые процессы происходят благодаря невесомой жидкости, которая находится в «порах» материальных тел и может перетекать от одного объекта к другому. Чем больше в теле теплорода, тем выше его температура. Благодаря теории теплорода в физике появились понятия теплоемкости и теплопроводности тел, однако сама эта теория вскоре была опровергнута. В середине XIX в. было доказано, что количество выделяемой телом теплоты не зависит от объема вещества, т.е. из ограниченного количества вещества можно получить неограниченное количество теплоты, следовательно, нагревание тела связано не с увеличением в нем теплорода, а с увеличением энергии. Оказалось, что теплота и есть мера изменения энергии. В конце XIX в. молекулярно-кинетическая теория окончательно утвердилась не только в физике, но и в химии. Основные положения этой теории гласят: любое вещество состоит из большого числа молекул, молекулы вещества находятся в состоянии непрерывного хаотического Движения, скорость движения молекул зависит от температуры тела, между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания.
Классическая термодинамика сформулировала несколько принципов, или начал, которые вели к важным мировоззренческим выводам. Первое начало термодинамики основано на представлениях о том, что термодинамическая система обладает внутренней энергией теплового движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия. При всех превращениях термодинамической системе выполняется универсальный закон
сохранения энергии. Согласно первому началу термодинамики количество теплоты, сообщенное телу, увеличивает его внутреннюю энергию и идет на совершение телом работы. Из этого принципа вытекает невозможность существования вечного двигателя.
Согласно второму началу термодинамики нельзя осуществлять работу за счет энергии тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, энтропия замкнутой системы возрастает, а ее максимальное значение достигается в состоянии теплового равновесия. Термодинамические процессы необратимы, а предоставленная самой себе система стремится к состоянию теплового равновесия, в котором температуры тел выравниваются. В системе, достигшей термодинамического равновесия, без внешнего вмешательства невозможны никакие процессы. Второе начало термодинамики часто формулируют иначе: тепло не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему. Второе начало термодинамики называют также законом возрастания энтропии.
Распространение второго начала термодинамики на всю Вселенную, понимаемую как закрытая система, привело к создании теории тепловой смерти, согласно которой все процессы мире ведут к состоянию наибольшего равновесия, т.е. xaoсу. Теория тепловой смерти Вселенной была разработана в середине: не XIX в. В. Томпсоном и Р. Клаузиусом, ее постулаты звуча следующим образом:
Смысл этих постулатов заключается в том, что со временем все виды энергии во Вселенной превратятся в тепловую, а последняя перестанет претерпевать качественные изменения и npeобразовываться в другие формы. Наступившее состояние теплового равновесия будет означать смерть Вселенной. При этом общее количество энергии в мире останется тем же самым, т.е. универсальный закон сохранения энергии не будет нарушен. С точки зрения авторов теории тепловой смерти, наличие в нашей уже длительное время существующей Вселенной многообраных форм энергии и движения является необъяснимым фактом.
Теория тепловой смерти сразу же после создания была подвергнута критике. В частности, появилась флуктуационная теория Л. Больцмана, согласно которой Вселенная выводится из состояния равновесия с помощью внутренне присущих ей флуктуации. Кроме того, критики говорили, что неправомерно распространять второе начало термодинамики на весь мир, а последний нельзя рассматривать как замкнутую систему с ограниченным числом элементов. Однако наиболее последовательным и полным опровержением теории тепловой смерти Вселенной стала синергетическая концепция И. Пригожина и Г. Хакена.
Третьей составляющей классической физики является оптика. На протяжении двух столетий в оптике соперничали корпускулярная и волновая теории, объяснявшие природу световых яв лений на разных основаниях. В XVII в. дискуссия развернулась между И. Ньютоном, который придерживался корпускулярной теории, и нидерландским ученым X. Гюйгенсом — сторонником волновой теории. В соответствии с теорией И. Ньютона, свет есть поток материальных частиц-корпускул, наделенных неизменными свойствами и взаимодействующих с другими частицами в соответствии с законами механики. Корпускулярная теория хорошо объясняла явления аберрации и дисперсии света, но испытывала трудности в объяснении явлений интерференции, дифракции и поляризации света. Согласно теории X. Гюйгенса свет представляет собой волну, распространение которой аналогично распространению волн на поверхности воды, и подчиняется тем же законам. Особой средой для распространения световых волн X. Гюйгенс считал эфир. Волновая теория, в отличие от корпускулярной, хорошо объясняла явления интерференции, дифракции и поляризации. Однако на протяжении XVIII в. большинство ученых придерживалось корпускулярной теории И. Ньютона (из-за его авторитета в среде научного сообщества), несмотря на эвристическую силу и убедительность волновой теории X. Гюйгенса.
В 1818 г. с критикой корпускулярной теории выступил французский физик О. Френель. Его выводы убедительно говорили в пользу волновой теории. Предложенная О. Френелем волновая теория предполагала существование явления дифракции, которое должно было наблюдаться в виде светлого пятна в центре тени, отбрасываемой круглым экраном. Это рискованное предположение получило блестящее экспериментальное подтверждение, и волновая теория О. Френеля в начале XIX в. была признана научным сообществом. Окончательное подтверждение волновая теория получила после измерения скорости света в разных средах — воде и воздухе. Согласно корпускулярной теории скорость света в воде должна быть больше, чем скорость света в воздухе. Однако эксперимент показал, что скорость света в воде, т.е. в более плотной среде, оказалась меньше, чем скорость света в воздухе — менее плотной среде.
Недостатком волновой теории света было представление о среде — носителе световой волны. В XIX в. выдвигалась гипотеза, согласно которой таким носителем выступает светоносносый эфир. Однако эта гипотеза сталкивалась с серьезной проблемой, разрешить которую не удавалось. Если предположить, что концепция светоносного эфира верна, то возникает вопрос, как эфир взаимодействует с веществом, в частности, увлекается ли эфир Землей при ее движении. Если эфир не увлекается движущимися телами, то его можно рассматривать в качестве абсолютной системы отсчета. Если же он взаимодействует с веществом, то это взаимодействие должно наблюдаться в оптически явлениях.
Недостатки волновой теории света привели к тому, что в конце XIX—начале XX в. физики вновь вернулись к корпускулярной теории, в научный обиход было введено представление об особых световых частицах — фотонах. Корпускулярные и волновые представления объединились только в концепции корпускулярно-волнового дуализма, т.е. уже в неклассической физике XX в.
Четвертой составляющей классической физики являете электродинамика, или теория электромагнитного поля. В 80-е г XVIII в. французский физик Ш.О. Кулон провел ряд экспериментов по измерению силы, действующей между двумя зарядами. В результате обобщения опытных данных был сформулирован основной закон электростатики: электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Таким образом, оказалось, что электрическая сила действует так же, как и гравитационная.
В 30-е гг. XIX в. английский физик М. Фарадей предложил понятие поля. Это понятие противоречило представлениям о материи как совокупности атомов. По мнению М. Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля. Безусловно, концепция поля в электродинамике могла сформироваться только после утверждения волновой теории в оптике. М. Фарадей высказал также предположение о единстве электрических и магнитных явлений. В 1831 г. он поставил опыт, который продемонстрировал, что переменное магнитное поле индуцирует электрический ток. На основе экспериментальных данных М. Фарадея в 60-е гг. XIX в. Дж, Максвелл создал единую теорию электромагнитного поля. Вспомогательному понятию поля Дж. Максвелл придал точный физический смысл: «Электромагнитное поле — это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии». Дж. Максвелл высказал предположение, что любое переменное электрическое поле, возникающее между движущимися электрическими зарядами, порождает магнитное, а переменное магнитное поле возбуждает электрическое. Таким образом, источником электрического поля могут быть неподвижные электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля, а источником магнитного поля — движущиеся электрические заряды или переменные электрические поля. Концепция Дж. Максвелла позволила сделать предположение о существовании переменного электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве с конечной скоростью. Было установлено, что скорость распространения электромагнитного взаимодействия равна скорости света в вакууме — 300 000 км/с. Оказалось, что свет — это электромагнитные волны определенной длины (от 380 до 770 нм). Таким образом, теория Дж. Максвелла теоретически обосновала родство электромагнитных и оптических явлений, предположение о котором высказывалось ранее. Несмотря на успехи и большой эвристический потенциал, электромагнитная теория Дж. Максвелла имела ряд недостатков. В ней использовалась сомнительная гипотеза светоносного эфира. Преодоление противоречий классической электродинамики началось в 1900 г., когда немецкий физик М. Планк выдвинул собственную концепцию.
В XVII—XVIII вв. быстро развивается еще одна естественоненаучная дисциплина — химия — наука о качественных преобразованиях вещества, происходящих вследствие изменения его состава или строения. К этому времени алхимия, доминировавшая в средневековой культуре IX—XVI вв. и в значительной мере подготовившая возникновение научной химии, приходит в упадок. В основе классической химии лежит философская концепция атомизма, которая была сформулирована еще в античной философии Левкиппом, Демокритом и Эпикуром. Суть атомизма заключается в понимании вещества как совокупности мельчайших, неделимых частиц— атомов. Атомы находятся в постоянном движении, благодаря которому они могут взаимодействовать друг с другом. Все многообразие мира есть результат взаимодействия атомов. Вплоть до конца XIX в. в естествознании господствовало представление о том, что атом — это наименьшая частица вещества, предел делимости
материи; в ходе химических превращений вещества разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными. Только наука XX в. показала, что элементарными частицами выступают отнюдь не атомы.
Начало научной химии связывают с работами английского ученого XVII в. Р. Бойля, который предложил понятие «химческий элемент». По мнению Р. Бойля, химический элемент - это «простое тело», входящее в состав вещества и определяющее его свойства. Таким образом, первой концептуальной идеей теоретической химии становится утверждение о том, что свойства вещества зависят от входящих в его состав химических элементов. При этом понятие «простого тела» еще небы окончательно сформулировано ни Р. Бойлем, ни его последователями.
В химии XVIII в. господствовала теория флогистона, которая была предложена для объяснения процесса горения. Предполагалось, что флогистон — это невесомая субстанция, которую содержат все вещества, способные к горению, и которая выделяется в процессе горения. Открытия в химии середины и конца XVIII в. привели к отказу от теории флогистона. Так, в 1748 г. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы, который не допускает возможности существования невесомой материи. Это закон гласит: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Несколько позже французский химик А. Лавуазье разработал кислородную теорию горения, признание которой способствовало тому, что теория флогистона была полностью отвергнута. А. Лавуазье также впервые попытался систематизировать химические элементы в соответствии с их атомной массой, предложил первую номенклатуру химических соединений, в которой каждое вещество имеет свое собственное постоянное название, и т.п. Именно благодаря усилиям А. Лавуазье химия начала освобождаться от рецептурного характера, который она получила в наследство от алхимии, и постепенно стала формироваться в качестве строгой научной дисциплины.
Следующий этап в развитии химии (начало XIX в.) связан с именем английского химика Дж. Дальтона, который ввел в научный обиход понятие атомного веса. Дж. Дальтон является создателем теории атомного строения или химической атомистики, которая позволила решить многие проблемы химии того времени. В 1803 г. Дж. Дальтон составил первую таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода, а в 1804 г. предложил таблицу элементов в соответствии с их относительными атомными массами. Исследования химического состава газов позволили Дж. Дальтону сформулировать закон кратных отношений — один из фундаментальных законов химии. Закон кратных отношений утверждает, что массы двух химических тов в любых возможных соединениях относятся друг как целые числа.
В начале XIX в. ученые начинают использовать понятие «молекулы». Молекула— это устойчивая совокупность атомов, способная к самостоятельному существованию. Поскольку молекул может быть образована разными атомами, постольку ее свойств отличаются от свойств входящих в нее атомов. Именно молекулы определяют свойства вещества, поэтому молекулу, а не атом следует рассматривать в качестве «единицы» вещества. Дж. Дальтон еще не делал различия между молекулами и атомами, называя молекулы «сложными атомами», однако уже в 1811 г. итальянский ученый А. Авогадро предложил молекулярную теорию строения вещества, в которой были обобщены и систематизированы накопленные к тому времени экспериментальные данные. А. Авогадр предложил метод определения молекулярных масс, с помощью; которого впервые вычислил атомные массы кислорода, углерода, азота, хлора и ряда других элементов.
На основе молекулярной теории А. Авогадро в середине XIX в. была разработана теория химического строения, согласно которой свойства вещества определяются порядком связей атомов в молекулах. Химическая связь образуется в результате обменного взаимодействия электронов, которые связаны с ядром атома наименее прочно. Электроны, участвующие в обменном взаимодействии, называются валентными. Валентность — способность атомов одного химического элемента соединяться с | определенным количеством атомов другого химического элемента.
Впервые связь между валентностью и структурой химического вещества была установлена немецким химиком Ф. Кекуле, который в 1857 г. высказал идею о том, что число атомов одного элемента, связанных с одним атомом другого элемента, зависит от «основности» (валентности). Все элементы Ф. Кекуле разделил на одно-, двух- и трехвалентные, он также обосновал четырехвалентность углерода. В истории науки Ф. Кекуле известен и тем, что в 1865 г. открыл циклическую структурную формулу молекулы бензола, которую увидел во сне в виде змеи, кусающей свой хвост.
Немалая заслуга в развитии представлений о строении химических веществ принадлежит русскому ученому A.M. Бутлерову. Впервые свою концепцию A.M. Бутлеров представил в 1861 г на 36-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей, в докладе «О химическом строении вещества». Согласно концепции русского ученого, природа сложной частицы определяется природой ее составных частей, их количеством и химическим строением. От химического строения зависят те реакции, в которых участвует вещество. Термин «химическое строение» A.M. Бутлеров применил для обозначения порядка межатомных связей в молекулах, который может быть выражен структурной формулой. Он сделал вывод о том, что различие веществ, обладающих одинаковым составом, можно объяснить только различием их химического строения. A.M. Бутлеров подчеркивал, что по строению молекул можно предвидеть свойства химического вещества. Таким образом, в конце XIX в. ученые пришли к выводу, что свойства веществ зависят не только от входящих в них химических элементов, т.е. от состава, но и от структуры, которая определяется способом взаимодействия между этими элементами, f Теория химического строения вещества A.M. Бутлерова стала одним из оснований современной органической химии, а его идеи развивались многочисленными учениками и последователями.
Научная революция в химии связана с именем другого русского ученого Д.И. Менделеева, который в 1869 г. предложил периодическую систему химических элементов. Периодическая система, оформленная в виде таблицы, упорядочивала все многообразие известных к тому времени химических элементов и позволяла предсказывать новые. Д.И. Менделеев расположил все элементы в соответствии с возрастанием их атомного веса и показал, что таким образом складывается четкая система. Д.И. Менделеев сформулировал следующий закон: свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомных весов. Позже было установлено, что свойства элементов зависят не от атомного веса, а от заряда ядра атома, атомный же вес является средним арифметическим от масс изотопов элементов, которые имеют общий заряд ядра, но отличаются по массе. Современная формулировка периодического закона такова: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер, заряд ядер совпадает с номером элемента в периодической системе. Периодическая система Д.И. Менделеева стала той объединяющей концепцией, которая позволила не только систематизировать, но и объяснить весь накопленный к концу XIX в. эмпирический материал, и стала прочной основой современной теоретической химии.
На сегодняшний день известно около 14 млн химических соединений и ежегодно синтезируется до 250 новых.
Самым новым разделом химии является так называемая эволюционная химия, возникновение и самоопределение которой стало следствием проникновения в естествознание идей и принципов эволюционной теории. Главным предметом изучения в эволюционной химии является химогенез, который рассматривается как неотъемлемая часть эволюционных процессов на нашей планете, начиная от космогенеза и заканчивая антропосоциогенезом. Эволюционная химия утверждает, что на протяжении длительного времени происходил отбор химических элементов по тем свойствам, которые давали преимущество при переходе на более высокий уровень организации материи — биологический. Химическая эволюция обеспечивала переход от химогенеза к биогенезу, поэтому понимание ее механизмов важно для прояснения проблемы происхождения жизни на Земле и процессов самоорганизации материальных систем.
Развитие химии в XX в. шло по линии возрастания дифференцированности внутри комплекса химического знания. Этот процесс привел к разделению на неорганическую и органическую химию и созданию аналитической и физической химии, возникновению целого ряда междисциплинарных исследований, которые со временем обрели самостоятельный научный статус (космохимия, геохимия, агрохимия, биохимия).
Антропоцентризм эпохи Возрождения дал толчок развитию биологического познания, а точнее, одной из его областей — медицины. Интерес к человеческой природе, а затем и ко всему миру живого в XVI—XVII вв. способствовал быстрому накоплению эмпирических знаний и становлению биологии как описательной дисциплины. В это время развивались в основном прикладные сферы биологического знания: медицина, цветоводство и садоводство, коневодство и т.п. Накопленный эмпирический материал нуждался в упорядочивании и систематизации. Эту задачу выполнила биология XVIII в. Так, К. Линней создал первую классификацию живых организмов, в которую входили 4 тыс. видов животных и 10 тыс. видов растений.
Для объяснения такого многообразия живых организмов уже в науке ХУШ в. были выдвинуты различные концепции. Ж. Бюффон предложил идею трансформации видов, которая подготовила почву для первой теории эволюции органического мира Ж.Б. Ламарка. Эмпирической базой концепции Ж.Б. Ламарка послужили данные о существовании таких разновидностей живых организмов, которые занимали промежуточное положение между двумя видами, о явлениях гибридизации, ископаемых формах живых организмов и т.п. Ж.Б. Ламарк утверждал, что изменение биологических видов происходит благодаря прямому влиянию окружающей среды и приспособлению к ней живых организмов. Приспособление осуществляется путем изменения органов тела в результате тренировки. Именно тренировка органов тела является, по мнению Ж.Б. Ламарка, основным фактором эволюции и причиной целесообразности в живой природе.
Совершенно иным образом идея трансформации видов была конкретизирована в концепции катастрофических изменений Французского ученого Ж. Кювье. Ж. Кювье пришел к выводу, что некогда населявшие нашу планету животные вымирали почти мгновенно под действием различных катастрофических причин. Ж. Кювье утверждал, что на Земле время от времени происходили внезапные глобальные катаклизмы, приводившие к вымиранию одних видов животных и появлению новых. При этом, по мнению французского ученого, в периоды между катастрофами никаких изменений органического мира не происходило. Появляющиеся в ходе глобального катаклизма виды более прогрессивны, однако они не имеют никакого отношения к уничтоженным, поэтому преемственности в живой природе нет. Для объяснения прогрессивного развития органического мира ^сторонники теории катастроф обращались к идее творящей силы, т.е. некой нематериальной силы, которая организует живую материю после очередной катастрофы.
Несмотря на существенные недостатки и ложные выводы теория катастроф содержала новаторскую идею, которая была воспринята и по-своему интерпретирована современной наукой, — идею о единстве геологических и биологических изменений, единстве гео- и биогенеза. Теория катастроф сыграла также свою положительную роль в подготовке эволюционно теории, поскольку развивала идею трансформаций в растительном и животном мире.
Вместе с тем теория катастроф никак не объясняла причины глобальных катаклизмов, эта неопределенность давала серьезный повод для критики. В начале XIX в. с такой критикой выступил английский ученый Ч. Лайель. Ч. Лайель обрати внимание на то, что некоторые виды живых организмов, существовавшие в предшествовавшие геологические эпохи, продолжают существовать и сейчас, другие же виды, напротив, погибают. Английский ученый не утверждал, что одни виды живы: организмов произошли от других, однако он подчеркивал, во, первых, медленный и постепенный характер геологических изменений; во-вторых, однообразие тех факторов, которые действуют на протяжении всей истории Земли; в-третьих, о обращал внимание на то, что на протяжении длительного времени происходит суммирование небольших изменений. При этом все трансформации Ч. Лайель сводил к обратимым, циклическим изменениям и отрицал возможность прогресса.
Ч. Дарвин предположил, что в популяциях животных существует конкуренция, благодаря которой выживают только те особи, которые обладают выгодными в данных конкретных условиях свойствами, позволяющими оставить потомство. Основу эволюционной теории Ч. Дарвина составляют три принципа:
Изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого, это способность особей одного вида одинаковым образом реагировать на изменение окружающей среды. Подобные групповые изменения не передаются по наследству, поэтому не могут поставлять материал для эволюции. Неопределенная изменчивость, или мутация, — индивидуальные изменения в организме, которые передаются по наследству. Мутации не связаны напрямую с изменениями условий окружающей среды, однако именно неопределенная изменчивость играет важнейшую роль в эволюционном процессе. Между живыми существами, как считает Ч. Дарвин, разворачивается борьба за существование. Конкретизируя это понятие, Ч. Дарвин указывал на то, что внутри вида рождается больше особей, чем доживает до взрослого состояния. Борьба за существование как раз и означает, что выживают и размножаются сильнейшие и наиболее приспособленные организмы, а слабые и неприспособленные погибают.
Естественный отбор — ведущий фактор эволюции, объясняющий механизм образования новых видов. Естественный отбор происходит по принципу лучшей приспособленности к условиям окружающей среды, именно этот отбор выступает движущей силой эволюции. Механизм отбора приводит к избирательному уничтожению тех особей, которые менее приспособлены к ycловиям окружающей среды. Таким образом, естественный обеспечивает прогресс в развитии живых организмов. Изменения происходят постепенно и очень медленно, однако их суммирование на протяжении длительного времени приводит к возникновению новых видов.
Слабым звеном эволюционной теории Ч. Дарвина было отсутствие точного и убедительного объяснения механизма наследственности, поскольку законы наследования в то время еще не были известны. Так, эволюционная теория не объясняла, каким образом происходят накопление и сохранение полезных наследственных изменений в результате дальнейшего скрещивания живых организмов. Вопреки бытовавшему мнению, что при скрещивании организмов с полезными свойствами и организмов, у которых эти свойства отсутствуют, должно происходить усреднение полезных признаков, их растворение в череде поколений, эволюционная теория предполагала, что эти признаки накапливаются. Противники эволюционной теории утверждали, что естественный отбор не действует, а популяция со временем должна становиться совершенно однородной. Ч. Дарвин сознавал слабости своей концепции, однако не сумел удовлетворительно объяснить механизм наследования. Ответ на этот вопрос дала теория Г. Менделя, которая обосновала дискретный характер наследственности Создание в XX в. синтетической теории эволюции завершило объединение эволюционной теории и генетики .
Значительным достижением классической биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. В комплексе современных биологических знаний существует отдельная дисциплина, занимающаяся изучением клетки, — цитология.
Исследование микроскопического строения живых организмов стало возможно благодаря изобретению в 1600 г. микроскопа. Понятие «клетка» было введено в научный обиход английским ботаником Р. Гуком в 1665 г. Рассматривая срезы высушенной пробки, он обнаружил множество ячеек, или камер, которые назвал клетками. Однако с момента этого открытия до создания клеточной теории прошло еще два столетия.
В 1837 г. немецкий ботаник М. Шлейден предложил теорию образования растительных клеток. По мнению М. Шлейдена, важную роль в размножении и развитии клеток играет клеточное ядро, существование которого было установлено в 1831 г. Р. Броуном. В 1839 г. соотечественник М. Шлейдена анатом Т. Шванн, опираясь на экспериментальные данные и теоретические выводы своего коллеги, создал клеточную теорию строения живых организмов. Создание в середине XIX в. клеточной теории стало существенным шагом в становлении биологии как самостоятельной научной дисциплины. Основные положения и принципы концепции М. Шлейдена и Т. Шванна сохраняют свою актуальность и для современной биологии.
Клетка — это элементарная биологическая единица, структурно-функциональная основа всего живого. Клетки осуществляют самостоятельный обмен веществ, способны к делению (воспроизводству) и саморегуляции, т.е. обладают всеми свойствами живого. Образование новых клеток из неклеточного материала невозможно, размножение клеток происходит только благодаря делению. Органическое развитие следует рассматривать как универсальный процесс клеткообразования. В структуре клетки выделяют мембрану, отграничивающую содержимое клетки от внешней среды; цитоплазму, представляющую собой соляной раствор с растворимыми и взвешенными ферментами и молекулами РНК; ядро, содержащее хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз — деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Митоз характерен для всех клеток, кроме половых. Мейоз — деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.
Клеточная теория строения живых организмов стала убедительным аргументом в пользу идеи единства происхождения жизни на Земле и оказала существенное влияние на формирование современной научной картины мира.