Лекции по "Концепции современного естествознания"

  Именно  Пифагор основал, а Платон (428-348 гг. до н. э.) позже развил т.н. математическую модель мира, в основе которой лежали следующие основные принципы:

  1) мир — это упорядоченный Космос, чей порядок сродни порядку внутри человеческого разума, следовательно, возможен рациональный анализ эмпирического мира;

  2) упорядоченность Космоса является следствием существования некоего всепроникающего разума, наделившего природу назначением и целью. В силу родства мирового и человеческого разумов последнему доступен «великий замысел», для этого необходимо развивать соответствующие способности, сосредоточить силы;

  3) умозрительное восприятие обнаруживает за видимым миром некий вневременной порядок. Сущность нашего мира — количественные отношения действительности;

  4) познание сущности мира требует от человека сознательного развития его познавательных способностей — разума, интуиции, опыта, памяти, нравственности.

  Итогом  познания становится духовное освобождение человека.

  Второй  наиболее значимой для последующего развития науки вообще и естествознания в частности умозрительной моделью мира стала атомистическая модель древнегреческого философа Левкиппа (ок. 500-440 гг. до н. э.), развитая впоследствии его учеником Демокритом (ок. 460-370 гг. до н. э.) из Абдер, основанная на идее дискретного строения мира, — учение атомизма. Согласно этому учению:

  1) в основе всего сущего —  неделимые частицы-атомы (слово  «атом» в переводе с греческого  означает «неделимое») и пустота.  Ничто не возникает из несуществующего и не уходит в небытие. Возникновение вещей есть соединение атомов, а уничтожение — распадение на части, в пределе — на атомы. Причиной возникновения является вихрь, собирающий атомы вместе;

  2) более глубоких причин, принадлежащих  иной реальности, недоступной обычному восприятию, в основе мира нет. Причины естественных явлений безличны и имеют физическую природу, их следует искать в земном мире;

  3) познание мира идет путем сочетания  чувственного опыта и его рационального  преобразования.

  И наконец третьей значимой для  становления мировой европейской  науки моделью мира, пришедшей к нам из античности, стала модель древнегреческого философа и мыслителя Аристотеля (384—322 гг. до н. э.). Пытаясь найти третий путь, возражая и Демокриту, его идее появления вещей из атомов, и Платону с Пифагором на предмет признания существования идей или математических объектов, существующих независимо от вещей, Аристотель предлагает четыре причины бытия: формальную, материальную, действующую и целевую.

  В его «Метафизике» воссоздается мир  как целостное, естественно возникшее  образование, имеющее причины в себе самом. Это образование предстает перед нами в виде двойственного мира, имеющего неизменную основу, но проявляющегося через подвижную эмпирическую видимость. Предметом науки должны стать вещи умопостигаемые, не подвластные сиюминутным изменениям. В своем знаменитом трактате «Органон» Аристотель разработал основы доказательного метода, развил идеи формальной логики, поставив тем самым науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата. Кроме того, именно Аристотель систематизировал накопленные к этому времени научные знания. Идеи силлогизма составляли реальную основу античного научного знания, в основе которого лежал т.н. натурфилософский способ, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы. Натурфилософия, что следует из ее называния, представляет собой попытку использовать общие философские принципы для объяснения природы. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Однако, после того как постепенно возникали конкретные науки и они отделялись от нерасчлененного философского знания, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки.

  Наука есть постижение мира, в котором мы живем. Постижение это закрепляется в форме знаний мысленного (понятийного, концептуального, интеллектуального) моделирования действительности. Соответственно этому науку принято определять как высокоорганизованную и высокоспециализированную деятельность по производству объективных знаний о мире, включающем и самого человека. Вместе с тем производство знаний в обществе не самодостаточно, оно необходимо для поддержания и развития жизнедеятельности человека. Именно становление и развитие опытной науки в XVII столетии привело к коренным преобразованиям образа жизни человека.

  Другими словами, наука в ее современном  понимании является принципиально  новым фактором в истории человечества, возникшим в недрах новоевропейской  цивилизации в XVI-XVII вв. Именно в XVII в. произошло то, что дало основание говорить о научной революции — радикальной смене основных компонентов содержательной структуры науки, выдвижении новых принципов познания, категорий и методов.

  Конечно, до XVII в. были периоды Средневековья и Возрождения. В течение первого из них наука находилась в полной зависимости от богословия и схоластики. Для этого времени типичны астрология, алхимия, магия, каббалистика и другие проявления оккультного, тайного знания. Алхимики пытались с помощью химических реакций, протекающих в сопровождении специфических заклинаний, получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия, создать универсальный растворитель. В качестве побочных продуктов их деятельности появились многие научные открытия, были созданы технологии получения красок, стекол, лекарств, сплавов и т.д. В целом развивающееся знание было промежуточным звеном между техническим ремеслом и натурфилософией и в силу своей практической направленности содержало в себе зародыш будущей экспериментальной науки.

  В положительную сторону ситуация в средневековой науке стала  меняться в XII в., когда в научном обиходе стало использоваться все научное наследие Аристотеля. Тогда, естественно, наука столкнулась с теологией и пришла с ней в противоречие. Разрешением этого противоречия стала концепция двойственности истины, т.е. признания права на сосуществование «естественного разума» наряду с верой, основанной на откровении. Но даже в этих обстоятельствах еще очень долгое время все опытное знание и выводы, полученные из него методом дедукции, признавались лишь вероятными, обладающими только относительной, но не абсолютной достоверностью. В тех условиях религиозная картина мира представлялась более очевидной по сравнению с философско-научной.

  Однако  постепенно накапливающиеся изменения  привели к тому, что представление о соотношении веры и разума в картине мира стало меняться сначала они стали признаваться равноправными, а затем, в эпоху Возрождения, разум был поставлен выше откровения. В эту эпоху (XVI в.) человек стал пониматься не как природное существо, а как творец самого себя, что и выделяет его из всех прочих живых существ. Человек становится на место Бога: он сам себе творец, он — владыка природы. Снимается граница между наукой как постижением сущего и практически-технической деятельностью. Идет стирание граней между теоретиками-учеными и практиками-инженерами. Начинается математизация физики и физикализация математики, которая завершилась созданием математической физики Нового времени (XVII в.). У истоков ее стояли Н. Коперник, И. Кеплер, Г. Галилей.

  В книге «Об обращении небесных сфер» (1543) польский астроном Н. Коперник отказался от традиционной (античной) геоцентрической (с Землей в центре Вселенной) модели мира и открыл гелиоцентрическую (с Солнцем как центром Вселенной) модель. Итальянский философ Д. Бруно, развивая идеи Н. Коперника, доказал, что у Вселенной нет центра, она беспредельна и состоит из бесконечного множества звездных систем. Немецкий ученый И. Кеплер внес огромный вклад в постижение законов движения планет, сформулировав два таких закона первый заключается в том, что все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, и второй — в том, что радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади.

  Итальянский физик и астроном Г. Галилей (1564-1642) впервые объединил эксперимент с математикой, рассматривал математические абстракции как законы, управляющие физическими процессами в мире опыта, всячески развивал идею систематического применения двух взаимосвязанных методов — аналитического и синтетического (он называл их резолютивным и композитивным). Главным достижением в механике было установление им закона инерции, принципа относительности, согласно которому равномерное и прямолинейное движение системы тел не отражается на процессах, происходящих в этой системе. Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов — линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Основное его сочинение «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» (1632).

  Великий английский физик И. Ньютон (1643—1727 гг.) завершил коперниковскую революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы — силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. Заслуга И. Ньютона была в том, что он соединил механистическую философию Р. Декарта, законы И. Кеплера о движении планет и законы Г. Галилея о земном движении, сведя их в единую всеобъемлющую теорию. После целого ряда математических открытий И. Ньютон установил следующее: для того чтобы планеты удерживались на устойчивых орбитах с соответствующими скоростями и на соответствующих расстояниях, определяющихся третьим законом И. Кеплера, их должна притягивать к Солнцу некая сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца; этому же закону подчиняются и тела, падающие на Землю.

  Главным трудом И. Ньютона явилась книга «Математические начала натуральной философии», опубликованная в 1687 г. Известно, что И. Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения.

  И. Ньютон был убежден в объективном  существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных  законов мира, доступных человеческому  познанию. Своим стремлением свести все к механике И. Ньютон поддерживал  механистический материализм (механицизм). Несмотря на свои огромные достижения в области естествознания, Ньютон глубоко верил в Бога, очень серьезно относился к религии. Он был автором «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса», «Хронологии». Это приводит к выводу, что для И. Ньютона не было конфликта между наукой и религией, в его мировоззрении уживалось и то и другое.

  Отдавая дань столь великому вкладу ученого  в становление и развитие научной  картины мира, научную парадигму  этого периода или научную  революцию XVI-XVII вв. называют ньютоновской. И это вторая в истории европейской науки картина мира после аристотелевской. Ее основными достижениями можно считать:

  1) натурализм — идею самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами;

  2) механицизм — представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности;

  3) квантитативизм — универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья;

  4) причинно-следственный автоматизм — жесткую детерминацию всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики,

  5) аналитизм — примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья;

  6) геометризм — утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума.

  Еще одним важнейшим итогом научной революции Нового времени стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Кроме того, в результате этой революции в науке утвердился гипотетико-дедуктивный метод познания.

  В прошлом веке физики дополнили механистическую  картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их изучение показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию. Наибольший вклад в создание этой теории внесли датский физик X Эрстед (1777-1851), английские физики М. Фарадей (1791-1867) и Д. Максвелл (1831—1879) и др. В результате их открытий было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля.

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

  Если  раньше последними неделимыми частицами  материи, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Электрон открыл в 1895 г. английский физик Д. Томсон (1856-1940). Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

  Первую  модель строения атома предложил  английский ученый Э. Резерфорд (1871—1937). Согласно этой модели атом уподоблялся  миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются  электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показал, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и что для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована в 1913 г. выдающимся датским физиком Н. Бором (1885—1962), который предположил, что при вращении по т.н. стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.