Основные этапы развития естествознания

     Средневековой арабской науке принадлежат и  наибольшие успехи в химии. Опираясь на материалы александрийских алхимиков I века и некоторых персидских школ, арабские химики достигли значительного  прогресса в своей области. В  их работах алхимия постепенно превращалась в химию. А уже отсюда (благодаря, главным образом, испанским маврам) в позднее средневековье возникла европейская химия.

     В XI веке страны Европы пришли в соприкосновение  с богатствами арабской цивилизации, а переводы арабских текстов стимулировали  восприятие знаний Востока европейскими народами.

     Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.), которые стали образовываться начиная с XII век. И хотя эти университеты первоначально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математического и естественнонаучного направления, а само обучение носило, более чем когда-либо раньше, систематический характер.

     XIII век характерен для европейской  науки началом эксперимента и  дальнейшей разработкой статики  Архимеда. Здесь наиболее существенный  прогресс был достигнут группой ученых Парижского университета во главе с Иорданом Неморарием (вторая половина XIII в.). Они развили античное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла, - задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.

     В XIV веке в полемике с античными  учеными рождаются новые идеи, начинают использоваться математические методы, т. е. идет прогресс подготовки будущего точного естествознания. Лидерство  переходит к группе ученых Оксфордского университета, среди которых наиболее значительная фигура - Томас Брадвардин (1290-1349). Ему принадлежит трактат «О пропорциях» (1328 г.), который в истории науки оценивается как первая попытка написать «Математические начала натуральной философии» (именно так почти триста шестьдесят лет спустя назовет свой знаменитый труд Исаак Ньютон).

     Все вышесказанное свидетельствует  о том, что на протяжении многовековой, довольно мрачной эпохи, именуемой  средневековьем, интерес к познанию явлений окружающего мира все  же не угасал, и процесс поиска истины продолжался. Появлялись все новые  и новые поколения ученых, стремящихся, несмотря ни на что, изучать природу. Вместе с тем научные знания этой эпохи ограничивались в основном познанием отдельных явлений  и легко укладывались в умозрительные  натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля). В таких условиях наука еще  не могла подняться до раскрытия  объективных законов природы. Естествознание - в его нынешнем понимании - еще не сформировалось. Оно находилось в стадии своеобразной «преднауки». 

     3.1. Возникновение научного эксперимента, как метода исследования 

     Основной  метод исследований Нового времени - научный эксперимент, который отличается от всех возможных наблюдений тем, что предварительно формулируется гипотеза, а все наблюдения и измерения направлены на ее подтверждение или опровержение.

     Экспериментальный метод начал готовить к разработке еще Леонардо да Винчи (1452-1519). Но Леонардо жил за сто лет до этой эпохи, и  у него не было соответствующих технических  возможностей и условий. Не разработана  была также логическая структура  экспериментального метода. Эксперименту Леонардо да Винчи недоставало строгости  определений и точности измерений, но можно только восхищаться универсальностью ума этого человека, которой восторгались его современники и которая поражает сегодня нас. С методологической точки зрения Леонардо можно считать предшественником Галилея. Помимо опыта он придавал исключительное значение математике. «Лучше маленькая точность, чем большая ложь», - утверждал он.

     Начало  экспериментальному методу Нового времени  положило изобретение двух важнейших  инструментов: сложного микроскопа (ок. 1590 г.) и телескопа (ок. 1608 г.). Уже древние греки были знакомы с увеличительной силой линзовых стекол. Но сущность и микроскопа, и телескопа заключается в соединении нескольких увеличительных стекол. По-видимому, первоначально такое соединение произошло случайно, а не под влиянием какой-нибудь руководящей теоретической идеи. Первый микроскоп изобрел, по всей видимости, голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен, первую подзорную трубу - голландский оптик Франц Липперстей.

     С появлением телескопов развитие астрономии поднялось на качественно новый уровень. Были открыты (еще Галилеем) четыре наиболее крупных спутника Юпитера, множество новых, не видимых невооруженным взглядом, звезд; было достоверно установлено, что туманности и галактики являются огромным скоплением звезд. Кроме того, были обнаружены темные пятна на Солнце, которые вызвали особые возражения и даже ярость руководителей католической церкви.

     К середине XVII в. выдающийся астроном Гевелий изготовил первую карту Луны. Именно он впервые предложил принятые в настоящее время названия темных пятен Луны -- океаны и моря. Гевелию удалось наблюдать девять больших комет, что положило начало их систематическому исследованию.

     В конце века Тихо Браге усовершенствовал технику наблюдений и измерений  астрономических явлений, достигнув  предела возможностей использованного  им оборудования. Он также ввел, как  отмечалось выше, в практику наблюдения планет во время их движения по небу.

     В Новое время, во многом благодаря  экспериментальному методу, были объяснены  многие довольно простые явления, над  которыми человечество задумывалось в  течение многих веков, а также  были высказаны идеи, определившие научные поиски на века вперед.

     - Законы функционирования линз  удалось объяснить Кеплеру;

     - Проблему «почему вода в насосах  не поднимается выше 10,36 м» -Торричелли сумел связать с давлением атмосферы на дно колодца.

     - Правильные объяснения приливов  и отливов в морях и океанах,  дали Кеплер (начало рассуждений)  и Ньютон.

     - Причина цветов тел была установлена  Ньютоном. Его теория цветов представляет  собой одно из выдающихся достижений  оптики, сохранившее значение до  настоящего времени. Ньютон также  начал разработку эмиссионной  и волновой теорий света, современный  фундамент которой создал Гюйгенс.

     В XVI-XVII вв. наблюдается бурный расцвет анатомических исследований. В 1543-1544 гг. А. Везалий опубликовал книгу «О строении человеческого тела», которая была прекрасно иллюстрирована и сразу же получила широкое распространение. Она считается первым скрупулезным описанием анатомии из всех известных человечеству. Но это было, если так можно выразиться, развитием статических представлений о человеческом теле.У. Гарвей (1578-1657) продвинул дело гораздо дальше, начав развитие биологических аспектов механистической философии. Он заложил основы экспериментальной физиологии и правильно понял основную схему циркуляции крови в организме. Гарвей воспринимал сердце как насос, вены и артерии - как трубы. Кровь он рассматривал как движущуюся под давлением жидкость, а работу венозных клапанов уподоблял клапанам механическим. В спорах со своими коллегами Гарвей утверждал, что «никакого жизненного духа» (эфирного тела) ни в каких частях организма не обнаружено. 
 

     3.2. Революции в естествознании 

     В истории естествознания процесс  накопления знаний сменялся периодами  научных революций, когда происходила  ломка старых представлений и  взамен их возникали новые теории.

     Крупные научные революции связаны с  такими достижения человеческой мысли, как:

     - учение о гелиоцентрической системе  мира Н. Коперника,

     - создание классической механики  И. Ньютоном,

     - ряд фундаментальных открытий  в биологии, геологии, химии и  физике в первой половине XIX столетия, подтвердившие процесс эволюционного  развития природы и установившие  тесную взаимосвязь многих явлений  природы,

     - крупные открытия в начале  XX столетия в области микромира, создание квантовой механики и теории относительности.

     Рассмотрим  эти основные достижения.

     Польский  астроном Н. Коперник в труде «Об обращении небесных сфер» предложил гелиоцентрическую картину мира вместо прежней птолемеевой (геоцентрической). Она явилась продолжжением космологических идей Аристотеля, и на нее опиралась религиозная картина мира. Заслуга Н. Коперника состояла также в том, что он устранил вопрос о «перводвигателе» движения во Вселенной, так как, согласно его учению, движение является естественным свойством всех небесных и земных тел. Вполне понятно, что его учение не соответствовало мировоззрению католической церкви, и с этого времени начинается противостояние науки и церкви по главным вопросам, касающимся природы. «Трудно переоценить значение и влияние гелиоцентрической картины мира на все естественные науки. Это было поистине яркое событие в истории естествознания: вместо прежнего неверного каркаса мироздания была введена истинная система координат околоземного космоса».

     Сравнимые по масштабу перемены в теоретической физике произошли в XVII в. Был осуществлен переход от аристотелевой физики к ньютоновой, которая господствовала в западной науке в течение трех столетий. Используя эту модель, физика достигла прогресса и выгодно отличалась от других дисциплин. Ее законы приобрели математическую формулировку, она доказала свою эффективность при решении многих проблем. С тех пор западная наука добилась крупных успехов и стала мощной силой, преобразующей мир. К тому же она определенным образом формировала мировоззрение ученых. Вступала в силу механистическая картина мира.

     Говоря  о создании механики Ньютоном, нельзя не упомянуть имя Галилео Галилея, который стоял у ее истоков. Его принцип инерции был крупнейшим достижением человеческой мысли: предложив его миру, он решил фундаментальную проблему - проблему движения. Уже одного этого открытия было бы достаточно для того, чтобы Галилей стал выдающимся ученым Нового времени. Однако его научные результаты разнообразны и глубоки. Он исследовал свободное падение тел и установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (в отличие от Аристотеля) и траектория брошенного тела представляет собой параболу. Известны его астрономические наблюдения Солнца, Луны, Юпитера. В работе «Диалог о двух системах мира - Птолемеевой и Коперниковой» он доказал правильность гелиоцентрической картины мира, утверждению которой способствовали передовые ученые того времени.

     Первый  закон механики Ньютона - это принцип инерции, сформулированный Галилеем. Во втором законе механики Ньютон утверждает, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела. И третий закон механики Ньютона есть закон действия и противодействия: действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению. И еще один закон, предложенный Ньютоном, закон всемирного тяготения, звучит так: все тела взаимно притягиваются прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это - универсальный закон природы, на основе которого была построена теория Солнечной системы.

     «Механика Ньютона поражает своей простотой. Она имеет дело с материальными  точками и расстояниями между  ними и, таким образом, является идеализацией реального физического мира. Но благодаря  этой простоте стало возможным построение замкнутой механической картины  мира. Его теория использовала строгий  математический аппарат и опиралась  на научный эксперимент. Именно такая  тенденция наметилась в физике после  его работ».

       Благодаря трудам Галилея и Ньютона XVIII век считается началом того длительного периода времени, когда господствовало механистическое мировоззрение.

     Развитие  биологии в XVIII веке также не обходилось без революционных открытий в то время шло своим путем:

     - Г. Мендель (1822-1884) открыл законы  наследственности, скрещивая семена  гороха в течение восьми лет.

     - Исследуя бактерии, Л. Пастер показал,  что они присутствуют в атмосфере,  распространяются капельным путем  и их можно разрушить высокой  температурой. В XIX в. микробиология помогала побеждать инфекционные болезни.

     Итогом  развития эволюционной концепции стала работа Ч. Дарвина (1809- 1882) «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Эта теория имела такое же влияние на умы людей, какое в свое время имела теория Коперника. Это была научная революция в области биологии. Можно сказать, что коперниковская революция указала место человека в пространстве, а теория Дарвина определила место человека во временной шкале мира.

     Следующая научная революция, после которой  резко изменилась система взглядов и подходов, также связана с  физикой. Это произошло в конце XIX - начале XX столетия. Толчком к построению новой физической картины мира послужил ряд новых экспериментальных фактов, которые не могли быть описаны в рамках старых теорий, как это обычно бывает в науке. К таким фактам относятся прежде всего: