В начале ХХ в. прежние научные представления, на которых строилась механистическая картина мира, были оспорены буквально со всех сторон. Твердые и неделимые атомы оказались делимыми и почти полностью заполненными пустотой. Пространство и время превратились в относительные проявления единого четырехмерного континуума. Время теперь текло по-разному для тех, кто двигался с разной скоростью. Вблизи массивных предметов оно замедлялось, а при определенных обстоятельствах могло и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии уже не были обязательными для описания устройства Вселенной. Планеты двигались по своим орбитам не потому, что их притягивала к Солнцу сила всемирного тяготения, а потому, что пространство, в котором они двигались, было искривлено. Элементарные частицы демонстрировали двойственную природу, проявляясь и как частицы, и как волны. Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее скорость. Детерминизм уступил место вероятностному взгляду на мир . Результаты научного исследования попали в зависимость от взаимодействия изучаемого предмета с приборами и инструментами и от наличия наблюдателя. Вместо реальных природных явлений все чаще стали рассматриваться их математические модели. Это привело к усилению математизации современной науки, повышению уровня ее абстрактности, утрате наглядности.
Естествознание в ХХ в. развивалось очень быстрыми темпами. Этому в немалой степени способствовали противостояние двух военно-политических блоков (СССР и США), а также потребность промышленности в новых технологиях, опирающихся в первую очередь на естественнонаучные и тесно с ними связанные технические знания. Образовалась широкая сеть образовательных и научно-исследовательских учреждений, финансируемых государством и частными компаниями. С конца ХIX в. средства, вложенные в научные разработки, начали приносить прибыль, наука стала окупаемой. В течение ХХ столетия было сделано более 90 % научных открытий и изобретений от их общего числа за всю историю развития человечества. К наиболее значимым достижениям и концепциям естествознания в ХХ в. относятся:
· теория относительности, квантовая механика, разработка теории строения вещества, открытие и исследование ядерных реакций и элементарных частиц, изобретение ускорителей частиц и синтез трансурановых элементов, гипотеза о кварках, изобретение лазера, передача электромагнитных сигналов на расстояние (радио, телевидение, радиолокация, волоконно-оптическая и мобильная телефонная связь), открытие полупроводников и изобретение компьютеров, создание теорий физических взаимодействий и квантовой теории поля, открытие сверхпроводимости, термоядерный синтез, развитие атомной энергетики и электроники;
· концепция расширяющейся Вселенной, развитие космической техники и полеты в космос, открытие и исследование звезд и галактик, пульсаров, квазаров, нейтронных звезд, «черных дыр» и других космических объектов;
· исследование внутреннего строения Земли, создание теорий континентального дрейфа и тектоники литосферных плит;
· развитие квантовой химии и учения о химических процессах, изобретение новых синтетических материалов – полимеров, синтетических волокон, искусственных алмазов, фуллеренов, металлокерамики и других элементоорганических соединений; развитие нанотехнологий;
· создание хромосомной теории наследственности и учения о мутациях, открытие структуры ДНК, расшифровка генетического кода, развитие генной инженерии, выделение и синтез белков, ферментов и других биоматериалов, создание генетически однородных копий живых организмов (клонирование), развитие экологии и создание учения о биосфере, концепция ноосферы; разработка моделей устойчивого развития;
· развитие синергетики (исследование сложных развивающихся систем и процессов самоорганизации в них) и др.
В основе современной естественнонаучной картины мира лежат следующие концепции: теория относительности, квантовая механика и квантовая теория поля; новая космология , основанная на модели расширяющейся Вселенной ; эволюционная химия , стремящаяся к овладению опытом живой природы; генетика и молекулярная биология ; кибернетика , воплотившая идеи системного подхода; синергетика , изучающая процессы самоорганизации в сложных открытых системах.
Важным достижением современного естествознания стало развитие биосферного цикла наук, новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала быть случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи. Науки биосферного цикла, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биогеография, экология, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, т.е. происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, реально формирующий этот мир и создавший его в нынешнем виде. Воплощением этих идей стал антропный принцип современной науки, в соответствии с которым наша Вселенная такова, какова она есть, только потому, что в ней есть человек.
Характерными особенностями и методологическими основаниями современного естествознания являются:
· системный подход к изучению окружающего мира, в соответствии с которым мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности;
· диалектический способ мышления , основанный на идее всеобщей связи и развития;
· принцип глобального эволюционизма (все явления рассматриваются как процесс саморазвития и самоорганизации материи во Вселенной);
· анализ, являвшийся основным методом классической науки, уступил место синтезу и интеграции различных видов знания;
· детерминизм (признание существования жестких причинно-следственных связей) сменился вероятностными представлениями ;
· невозможным считается получение абсолютной истины; истина считается относительной , существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности;
· процесс познания более не считается простым зеркальным отражением природы; признается, что человек накладывает свой отпечаток на образ мира и результаты исследования.
С середины ХХ в. наука окончательно слилась с техникой, что привело к современной научно-технической революции , имевшей наряду с положительными и ряд отрицательных последствий. Использование научных открытий для создания новых видов оружия, потребительское отношение к природе привели к состоянию кризиса. Современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические замечания со стороны философов, культурологов и др. По их мнению, техника дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями, отнимая его у природы и превращая в придаток машины. К этой гуманистической критике науки вскоре присоединились более тревожные факты последствий бесконтрольного использования достижений науки и техники – загрязнение воды, воздуха, почвы, вредоносное воздействие на живые организмы, вымирание видов и другие нарушения в экосистеме планеты. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса и должна будет существенно измениться. Эти изменения, очевидно, будут связаны с дальнейшей интеграцией естественнонаучной и гуманитарной составляющих культуры, экологизацией и гуманизацией естествознания.
Глава 3. Концепции физики
Естествознание включает множество наук, но порядок их рассмотрения редко бывает произвольным. Обычно изучение естествознания начинается с физики, исследующей наиболее простые и вместе с тем наиболее общие свойства тел и явлений. История науки свидетельствует, что именно физика очень долгое время была лидером естествознания, наиболее развитой и систематизированной естественной наукой, внесшей наибольший вклад в формирование научной картины мира. Большинство научных революций и потрясений в естествознании были связаны с появлением новых физических открытий и теорий.
· Физика – наука, изучающая строение материи и законы ее движения.
Само слово «физика» происходит от греческого рhэsis – природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Становление физики как самостоятельной науки связывают с работами Галилея и Ньютона (XVII в.), благодаря которым законы физики стали базироваться на фактах, установленных опытным путем, и их математическом осмыслении. Классическая механика Ньютона являлась основой развития естествознания до появления квантовой механики и теории относительности в начале ХХ вв.
Современная физика базируется на точном эксперименте и развитом математическом аппарате. В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения она подразделяется на ряд дисциплин: механику, оптику, термодинамику, электродинамику, квантовую механику, ядерную физику, физику элементарных частиц, физику твердого тела и др. В результате взаимодействия физики с другими естественными науками появились такие междисциплинарные научные направления, как астрофизика, биофизика, геофизика, химическая физика.
Круг явлений и процессов, рассматриваемых в рамках физики, очень широк. Для их описания используются такие фундаментальные понятия, как материя, движение, взаимодействие, пространство, время, энергия. Важнейшим из них является понятие материи. Революции в физике всегда были связаны с изменением представлений о материи.
Введение
В наши дни ни один человек не может считаться образованным, если он не проявляет интереса к естественным наукам. Обычное возражение, согласно которому интерес к изучению электричества или стратиграфии мало что дает для познания человеческих дел, только выдает полное непонимание человеческих дел.
Дело в том, что наука -- это не только собрание фактов об электричестве и т. п.; это одно из наиболее важных духовных движений наших дней. "Тот, кто не пытается понять это движение, выталкивает себя из этого наиболее знаменательного явления в истории человеческой деятельности... И не может быть истории идей, которая исключала бы историю научных идей".
Естествознание - наука о явлениях и законах природы. Современное естествознание включает многие естественнонаучные отрасли: физику, химию, биологию, а также многочисленные смежные отрасли, такие как физическая химия, биофизика, биохимия и многие другие. Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и многосторонних проявлениях свойств объектов природы, которую можно рассматривать как единое целое.
Что такое естествознание
Естествознание - это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорией или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.
Предмет естествознания -- факты и явления, которые воспринимаются нашими органами чувств. Задача ученого -- обобщить эти факты и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы. Следует различать факты опыта, эмпирические обобщения и теории, которые формулируют законы науки. Явления, например тяготение, непосредственно даны в опыте; законы науки, например закон всемирного тяготения -- варианты объяснения явлений. Факты науки, будучи установленными, сохраняют свое постоянное значение; законы могут быть изменены в ходе развития науки, как, скажем, закон всемирного тяготения был скорректирован после создания теории относительности.
Значение чувств и разума в процессе нахождения истины -- сложный философский вопрос. В науке признается истиной то положение, которое подтверждается воспроизводимым опытом.
Естествознание как наука изучает все процессы и явления, происходившие и происходящие в реальном объективном мире, географической оболочке, космическом пространстве. Это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке (проверке на практике) гипотез и создание теорий, описывающих природные явления и процессы.
Многие достижения современного естествознания, составляющие базу для наукоемких технологий, связаны с всесторонним изучением объектов и явлений природы. С привлечением современных технических средств эксперимента именно такое изучение позволило не только создать сверхпрочные, сверхпроводящие и многие другие материалы с необычными свойствами, но и по-новому взглянуть на биологические процессы, происходящие внутри клетки и даже внутри молекулы. Большинство отраслей современного естествознания, так или иначе, связано с молекулярным исследованием тех или иных объектов, которое объединяет многих естествоиспытателей, занимающихся узкоспециализированными проблемами. Результаты подобного рода исследований - разработка и производство новой высококачественной продукции, и прежде всего товаров повседневного спроса. Для того чтобы знать, какой ценой дается такая продукция - важнейшая составляющая экономики, каковы перспективы развития современных наукоемких технологий, тесно связанных с экономическими, социальными, политическими и другими проблемами, нужны фундаментальные естественнонаучные знания, в том числе и общее концептуальное представление о молекулярных процессах, на которых основаны важнейшие достижения современного естествознания.
Современные средства естествознания - науки о фундаментальных законах, природных явлениях и разнообразных свойствах объектов природы - позволяют изучать многие сложнейшие процессы на уровне ядер, атомов, молекул, клеток. Плоды постижения истинных знаний о природе именно на таком глубинном уровне известны каждому образованному человеку. Синтетические и композиционные материалы, искусственные ферменты, искусственные кристаллы - все это не только реальные объекты разработок ученых-естествоиспытателей, но и продукты потребления различных отраслей промышленности, производящих в широком ассортименте товары повседневного спроса. В этой связи изучение естественнонаучных проблем на молекулярном уровне в рамках основополагающих идей - концепций - вне всякого сомнения, актуально, полезно и необходимо для будущих специалистов высокой квалификации естественнонаучного и технического профиля, а также для тех, чья профессиональная деятельность не имеет прямого отношения к естествознанию, т. е. для будущих экономистов, специалистов управления, товароведов, юристов, социологов, психологов, журналистов, менеджеров и др.
Естествознание изучает факты и явления из области философии, астрофизики, геологии, психологии, генетики, эволюции и подразделяется на комплекс наук, каждая из которых имеет объект своего исследования.
Естествознание подразделяется на:
1. фундаментальные науки;
2. прикладные науки;
3. естественные науки;
4. технические науки;
5. социальные науки;
6. гуманитарные науки.
1. Фундаментальные науки
К фундаментальным наукам относятся химия, физика, астрономия. Эти науки изучают базисную структуру мира.
Физика - наука о природе. Делится на механическую, квантовую, оптическую физику, физику проводников, электричество.
Химия изучает строение вещей и их структуру. Делится на 2 больших раздела: органическая и неорганическая. Выделяется также физическая химия, физколлоидная химия, биохимия.
Астрономия изучает строение и структуру космического пространства и подразделяется на астрофизику. Астрологию, космологию, астронавтику и космонавтику.
2. Прикладные науки
Прикладные науки изучают фундаментальные науки с практическим применением, внедрением в жизнь теоретических открытий. К прикладным наукам относятся металловедение, физика полупроводников.
3. Естественные науки
Естественные науки изучают процессы и явления девственной природы. Делятся на геологию, географию, биологию.
Геология, в свою очередь, делится на динамическую геологию, историю, палеографию.
География состоит из 2 больших разделов: физическая и экономическая география.
Физическая география делится на общее земледелие, климатологию, геоморфологию, почвоведение, гидрологию, картографию, топографию, ландшафтоведение, географическое районирование, мониторинг.
К экономической географии относят страноведение, географию населения, географию мирового хозяйства, географию транспорта, географию сферы услуг, мировую экономику, статистику, международные экономические отношения.
Биология - это наука о живых организмах. Делится на ботанику, зоологию, физиологию человека и животных, анатомию, гистологию (наука о тканях), цитологию (наука о клетке), экологию (наука о взаимоотношениях человека и окружающей среды) этологию (о поведении), эволюционное учение.
4. Технические науки
К техническим наукам относятся науки, изучающие созданные человеком приборы и предметы. К ним относятся информатика, кибернетика, синергетика.
5. Социальные науки
Это науки, изучающие правила и структуру общества, и объекты, живущие по его законам. К ним относятся социология, антропология, археология, социометрия, обществоведение. Наука "Человек и общество".
6. Гуманитарные науки
К гуманитарным относятся науки, изучающие сущность, строение и духовное состояние человека. К ним относятся философия, история, этика, эстетика, культурология.
Существуют науки, находящиеся на стыке целых блоков и разделов науки. Так, например, на стыке естественных и общественных наук находится экономическая география, на стыке естественных и технических - бионика. Междисциплинарной наукой, включающей в себя общественные, естественные и технические науки является социальная экология.
Как и другим сферам человеческой деятельности, естествознанию присущи специфические черты.
Универсальность -- сообщает знания, истинные для всего универсума при тех условиях, при которых они добыты человеком.
Фрагментарность -- изучает не бытие в целом, а различные фрагменты реальности или ее параметры; сама же делится на отдельные дисциплины. Вообще, понятие бытия как философское не применимо к науке, представляющей собой частное познание. Каждая наука как таковая есть определенная проекция на мир, как бы прожектор, высвечивающий области, представляющие интерес
Общезначимость - в том смысле, что получаемые ею знания пригодны для всех людей, и ее язык - однозначный, поскольку наука стремится как можно более четко фиксировать свои термины, что способствует объединению людей, живущих в самых разных уголках планеты.
Обезличенность - в том смысле, что ни индивидуальные особенности ученого, ни его национальность или место проживания никак не представлены в конечных результатах научного познания.
Систематичность - в том смысле, что она имеет определенную структуру, а не является бессвязным набором частей.
Незавершенность - в том смысле, что хотя научное знание безгранично растет, оно все-таки не может достичь абсолютной истины, после которой уже нечего будет исследовать.
Преемственность - в том смысле, что новые знания определенным образом и по определенным правилам соотносится со старыми знаниями.
Критичность - в том смысле, что всегда готова поставить под сомнение и пересмотреть свои даже самые основополагающие результаты.
Достоверность - в том смысле, что ее выводы требуют, допускают и проходят проверку по определенным, сформулированным в ней правилам.
Внеморальность - в том смысле, что научные истины нейтральны в морально-этическом плане, а нравственные оценки могут относиться либо к деятельности по получению знания (этика ученого требует от него интеллектуальной честности и мужества в процессе поиска истины), либо к деятельности по его применению.
Рациональность - в том смысле, что получает знания на основе рациональных процедур и законов логики и доходит до формулирования теорий и их положений, выходящих за рамки эмпирического уровня.
Чувственность - в том смысле, что ее результаты требуют эмпирической проверки с использованием восприятия, и только после этого признаются достоверными.
Методы исследования, используемые в естествознании
В основе методов естествознания лежит единство эмпирических и теоретических сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв или хотя бы преимущественное развитие одной за счёт другой закрывает путь к правильному познанию природы: теория становится беспредметной, опыт -- слепым.
Методы естествознания могут быть подразделены на группы:
а) общие методы касаются всего естествознания, любого предмета природы, любой науки. Это -- различные формы диалектического метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени. Например, метод восхождения от абстрактного к конкретному и др. Те системы отраслей естествознания, строение которых соответствует действительному историческому процессу их развития (например, биология и химия), фактически следуют этому методу.
б) Особенные методы также применяются в естествознании, но касаются не его предмета в целом, а лишь одной из его сторон (явлений, сущности, количественной стороны, структурных связей) или же определенного приёма исследований: анализ, синтез, индукция, дедукция. Особенными методами служат: наблюдение, эксперимент, сравнение и как его частный случай измерение. Исключительно важны математические приёмы и методы как особые способы исследования и выражения количественных и структурных сторон и отношений предметов и процессов природы, а также методы статистики и теории вероятностей. Роль математических методов в естествознания неуклонно возрастает по мере всё более широкого применения счётно-вычислительных машин. В целом происходит быстрая математизация современного естествознания. С ней связаны методы аналогии, формализации, моделирования, промышленного эксперимента.
в) Частные методы -- это специальные методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли естествознания, либо за пределами той отрасли естествознания, где они возникли. Так, методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, кристаллофизики, геофизики, химической физики и физической химии, биофизики. Распространение химических методов привело к созданию кристаллохимии, геохимии, биохимии и биогеохимии. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики в их взаимосвязи.
В ходе прогресса естествознания методы могут переходить из более низкой категории в более высокую: частные -- превращаться в особенные, особенные -- в общие.
Важнейшая роль в развитии Е. принадлежит гипотезам, которые и являются "формой развития естествознания, поскольку оно мыслит..."
Место естествознания в обществе
Место естествознания в жизни и развитии общества вытекает из его связей с другими социальными явлениями и институтами, прежде всего с техникой, а через неё с производством, производительными силами вообще и с философией, а через неё с борьбой классов в области идеологии. При всей внутренней целостности, вытекающей из единства, как самой природы, так и теоретического взгляда на неё, естествознание представляет собой весьма сложное явление, обладающее различными сторонами и связями, нередко противоречивыми. Естествознание не входит ни в базис, ни в идеологическую надстройку общества, хотя в своей наиболее общей части (где формируется картина мира), оно связано с этой надстройкой. Связь естествознания через технику с производством, а через философию с идеологией довольно полно выражает наиболее существенные социальные связи естествознания. Связь естествознания с техникой складывается в силу того, что "техника... потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)".
В современную эпоху естествознание опережает технику в своём развитии, т. к. его объектами всё чаще становятся совершенно новые, неизвестные ранее вещества и силы природы (например, атомная энергия), а потому, прежде чем может встать вопрос об их техническом применении, требуется "фронтальное" их изучение со стороны естествознания. Тем не менее, техника с её потребностями остаётся движущей силой развития естествознания.
ВВЕДЕНИЕ
1. Общие представления о предмете “Концепции современного
2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
3. Научный метод в изучении окружающего мира. Методы освоения,
накопления и распространения достижений современного естество-
знания на примере практики военной деятельности.
4. Основные сведения об измерении величин в естественных науках.
Общие представления о дисциплине “Концепции
современного естествознания”.
Современное естествознание образуется из та-ких областей научного знания, как
■ физика, химия, физическая химия, механика;
■ география, геология, минералогия;
■ метеорология, астрономия, астрофизика, астрохимия;
■ биология, ботаника, зоология, генетика;
■ анатомия и физиология человека, —
и многих-многих других, изучающих нашу планету, ближний и дальний Кос-мос, твердое вещество, жидкости и газы, живое вещество и человека как про-дукта природы.
Невозможно назвать всех ученых, внесших в развитие естествознания наиболее весомый вклад, но нельзя говорить о естествознании, не вспоминая таких гениев, как Г. Галилей, И. Ньютон, Р. Декарт, М. В. Ломоносов, Ч. Дар-вин, Г. Мендель, М. Фарадей, Д. И. Менделеев, В. И. Вернадский.
Ниже описываются основные концепции современного естествознания. Как известно, под термином «концепция» понимается система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов или единый, определяющий замысел, веду-щая мысль какого-либо произведения.
Цель КСЕ - ознакомить студентов с естествознанием, как составной частью культуры , с его основополагающими принципами и концепциями, сформировать целостный взгляд на мир, проявляющийся как единство природы, человека, общества.
Для достижения сформулированных в программе целей в учебном пособии нашли отражение следующие аспекты. Рассмотрена характеристика диалектической взаимосвязи естественной и гуманитарной составляющих культуры. Изложены основы научного познания окружающего мира, классифицированы научные методы его исследования. Приведены сведения об измерении величин в естественных науках. Мотивирована необходимость изучения КСЕ с целью формирования представлений современной картины мира.
Описаны этапы зарождения рационального познания как методологии изучения мира, которое происходило в результате диалектической борьбы различных научных и религиозных направлений. Изложены основные сведения о научных картинах мира и их сути. Результатом развития методов научного познания стала диалектическая неразрывность экспериментальных и теоретических исследований.Рассмотрена эволюция естественнонаучной картины мира на основании трудов Исаака Ньютона, получившая название механистической.
Следующим этапом развития естественнонаучных знаний явилось множество открытий в химии живого и биологии. В рамках последней зародились и сформировались эволюционные представления, вошедшие в будущем в естествознание, как неотъемлемая часть теории развития.
Открытие в XVIII -XIX веках электрических и магнитных полей привело к развитию электромагнитной картины мира, решающая роль в которой принадлежит теории близкодействия . С открытием же атома и его строения наука, в частности, физика, пережила последнюю и самую бурную революцию. К началу XX века накопилось большое количество фактов, необъяснимых с точки зрения электромагнитной картины мира. Необходимо было построить новую, получившую название современной. Она неразрывно связана с квантовой механикой, теорией относительности, а также с последними достижениями генной инженерии и проч.
Разобраны принципиальные концепции современной научной картины мира, к которым относятся - системный метод исследований, принцип глобального эволюционизма, теория самоорганизации или синергетика. Основываясь на этих концептуальных особенностях можно представить основные тенденции развития современного мира, рассмотреть панораму современного естествознания.
Показывается, что исходя, из масштабов наблюдателя можно рассматривать любые объекты материальной природы либо с позиций корпускулярной, либо с позиций континуальной концепции описания природы. Принципиальной разницы здесь не наблюдается, хотя, безусловно, проявляется один из глобальных законов философии “о переходе количества в качество”.
Осуществляется переход к изучению соотношения порядка и беспорядка в природе. Даны определения хаоса и его меры - энтропии. Обсуждены модели и механизмы порядка и хаоса, рассмотрена их связь с уровнем энергии материальной системы.
Основываясь на системном подходе в науке, выделены три уровня организации материи. Рассмотрен микромир с точки зрения современной картины мира, проявление в нем корпускулярно-волнового дуализма. Макромир описан с позиций классического естествознания, согласно которому материя существует в виде вещества и поля. Выяснена системная организация мегамира.
Изложены основные сведения о пространстве и времени. Показано, что структура пространства и времени определяется распределением масс материальных объектов и зависит от скорости их движения. Выражением законов симметрии в мире является связь пространства и времени с основными законами естествознания - законами сохранения. Введены понятия биологического, психологического, социального пространства и времени.
Рассматриваются фундаментальные взаимодействия. Формируются представления о частицах, осуществляющих взаимодействия, о константах связи. Приведены характеристики взаимодействий с точки зрения радиуса действия, интенсивности, источника и рассмотрены примеры конкретных проявлений.
Сконцентрировано внимание на концепциях дально- и близкодействия, законах сохранения. Разобраны примеры их проявления в различных областях естествознания.
Далее рассмотрены базовые принципы физической картины мира, к которой относятся принцип относительности, неопределенности, дополнительности, суперпозиции, симметрии. Сконцентрировано внимание на тесной взаимосвязи изложенных принципов и таких атрибутов материи как время, пространство, масса, энергия. Изложены основные представления теории относительности Эйнштейна. Раскрыт смысл принципа неопределенности Гейзенберга и принципа дополнительности. Приведены конкретные примеры проявления принципа суперпозиции в электродинамике, волновых процессах, квантовой механике и даже в гуманитарной области знаний.
Рассмотрено понятие состояния, динамические и статистические закономерности в природе.
Изложены базовые, фундаментальные законы природы и на их основе объяснены свойства и поведение сложных многоатомных систем. Приведены конкретные примеры функционирования различных систем и проявление для них такого важного понятия естествознания как точка бифуркации. Понимание рассмотренных фундаментальных законов естествознания позволяет перейти к изучению синергетических представлений о низкоорганизованной материи.Изложенным материалом утверждается, что в значительной степени происходящие изменения в окружающем мире связаны с химическим взаимодействием элементов или образованных из них комплексов, то есть, обусловлено химическими процессами. Для вступающих во взаимодействие веществ реакционная способность определяется строением или структурой образующих их элементов. Именно характером строения вступающих в реакции веществ определяются свойства получаемых в результате. Сформулированы концептуальные уровни познания в химии. Показано, что самоорганизация и эволюция таких сложных биологических систем как человек возможна именно благодаря осуществлению широкого круга химических реакций. Далее формируются представления о звездах, звездных системах, определены их основные характеристики. Даны представления о Вселенной и рассмотрены модели ее происхождения. На основании теории глобального эволюционизма сконцентрировано внимание на происхождении и развитии Солнечной системы. Изложены основные сведения о внутреннем строении и истории геологического развития Земли, сформированы современные концепции развития геосферных оболочек. Представлены научные знания о литосфере как биотической основе жизни. Показано, что ряд факторов делает Землю особой планетой Солнечной системы. При этом гидросфера - колыбель жизни, а мировой океан - “геохимический реактор”. Значительное внимание уделено изучению экологических функций литосферы. Выделено два основных направления экологии и раскрыты их задачи. Приведены основные сведения о географической оболочке Земли и ее параметрах. Географическая оболочка Земли позволяет определять координаты любой точки поверхности, понимать механизмы формирования климата, рассчитывать высоты и глубины, фиксировать время происходящих событий. Изложены основы научных знаний об особенностях биологического уровня организации материи, сформулировано понятие клетки и определены ее основные свойства. Рассмотрены колебательные и волновые процессы, их характеристики. На основе этих представлений проанализированы процессы жизнедеятельности организмов и сделан вывод об их цикличности. Показано что многообразие живых организмов обеспечивает стабильность и устойчивость геобиоценозов.
Рассмотрены естественнонаучные гипотезы происхождения жизни. Показаны возможные пути ее развития и выделены предпосылки возникновения. Представленный материал позволяет считать Землю особым объектом Солнечной системы, где было возможно появление живых существ.
На основе современных материалистических представлений, прежде всего о естественном отборе, сформулированы гипотезы происхождения человека. Выделены группы черт связывающих его с животным миром, и представлены характерные отличия.
Составлена линия родословной человека.
На основе палеонтологической информации главными факторами, сделавшими человека социальным существом, являются совместная добыча еды, наличие огня, труд, членораздельная речь.Соответственно с принципом глобального эволюционизма показано, что развитие живых организмов и их групп подчиняется законам генетики. Ее базовыми положениями являются представления о мутации, наследственности, популяции. Выделены основные положения синтетической теории эволюции. Даны краткие представления о здоровье, работоспособности и эмоциях человека и факторах их определяющих. Продемонстрировано влияние космических циклов на биосферу Земли и процессы в ней. В частности, показано суточное, сезонное и другое влияние на жизнь людей, в том числе и военнослужащих. Сформировано представление по ноосфере, на основании которого намечены пути возможного развития окружающего мира и человечества. Приведенные примеры показывают важность осторожного обращения с природой в части проблем биоэтики, которые в свою очередь связаны с принципом необратимого развития материи. Этот же принцип приводит к тому, что такой параметр материи как время тоже необратим.
Представлены сведения о самоорганизации в неживой природе, полученные на основе представлений о замкнутых системах.
Показано, что время их существования ограничено за счет возрастания энтропии. На основе синергетических представлений об открытых системах показано, что они могут поддерживать постоянным или даже снижать уровень энтропии за счет обмена с внешней средой веществом, энергией, информацией. Развитие живого при этом идет благодаря наличию флуктуаций и положительной обратной связи. Показано что процессы самоорганизации и самоусложнения происходят при нарушении симметрии в системах, т.е. когда они находятся вдали от равновесия.
Изложенный материал позволяет подтвердить осуществление удачной попытки представления окружающего мира с позиций единой культуры через возникновение таких дисциплин как КСЕ, создание сети “Internet” и проч.
Для самостоятельной работы студентов над темами предмета предлагаются, прежде всего, базовые учебные пособия, имеющиеся в библиотеке университета. Кроме этой литературы, существуют и другие учебники, которые можно использовать при подготовке к семинарским занятиям или экзамену. Наиболее полно соответствуют программе курса учебники следующих авторов: С.Г.Хорошавиной, В.Н.Лавриненко, С.Х.Карпенкова, Г.И.Рузавина,
На лекциях необходимо конспектировать излагаемый преподавателем материал, с выделением определений, законов, основных рисунков и диаграмм. Необходимо оставлять поля для внесения дополнений и пояснений в процессе самостоятельной работы. Желательно перечитывать материал в день записи и отмечать в нем неясное.
При подготовке к семинарам следует усвоить основные положения материала лекций. Уровень усвоения можно оценить по вопросам, приводимым в конце лекции или по вопросам к семинару. Вопросы, не помеченные знаком (*) являются обязательными для понимания. Те же, что отмечены этим знаком, подразумевают более глубокое их изучение и могут быть представлены в виде сообщения или доклада на семинарских занятиях. Подготовка к экзамену подразумевает фундаментальную проработку теоретического материала курса, а также записей семинарских занятий, выбор из материала того основного, что вошло в вопросы экзаменационных билетов.
На лекционных и семинарских занятиях будет рассмотрена история возникновения науки: сначала как суммы знаний человечества об окружающем мире, достаточно разрозненных, хаотических (древний Египет, Китай, Месопотамия, Индия), а затем осуществлен переход к системе знаний в рамках философии (натурфилософии) Аристотеля, к этапам становления современной науки (зарождение и развитие научных методов) от Коперника до Эйнштейна и современной космологии.
К созданию естественных наук (начиная с конца 18 века): физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, психологии и др. привела дифференциация знаний о природе, связанная с выделением исследуемых явлений, процессов, выработкой методов их изучения и в связи с общностью полученных результатов. В настоящее время попытки представить мир как единое целое , выявить наиболее общие закономерности Вселенной выразились в создании обобщенной, интегративной науки - естествознания. Одной из главных ее задач является стремление сделать глубокие философские, методологические выводы об универсальности действия всеобщих законов эволюции, о системной организации и самоорганизации окружающего мира. Вместе с принципом историчности они позволяют говорить об объективном восприятии, понимании того мира, в котором мы живем, уяснении целей и смысла существования нашей цивилизации.
В целом курс КСЕ затрагивает такие темы: эволюция естественнонаучная картина мира (историю естествознания); современная научная картина мира; основные современные космологические представления; основные гипотезы происхождения жизни и человека; место человека во Вселенной, место науки в современном мире и прогнозирование ее развития и др.
К наиболее общим понятиям курса относятся:
Концепция (от латинского Conceptio) употребляется в смысле:
а) система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов;
б) единый, определяющий замысел, ведущая мысль какого-либо произведения, научного труда и т.д.
Естествознание - система знаний о природе; раздел науки, который изучает окружающий нас мир таким, как он есть, в его естественном состоянии, существующий независимо от человека.
Наука - система знаний о явлениях и процессах объективного мира и человеческого сознания, их сущности и законах развития; наука как социальный институт есть сфера деятельности людей, в которой вырабатываются и систематизируются научные знания о явлениях природы и общества.
Концепциями естествознания - называют результаты научных исследований выраженных в виде научных теорий, законов, моделей, гипотез, эмпирических обобщений.
Достижения естественных наук являются составной частью общечеловеческой культуры, поэтому «Концепции современного естествознания» это такой учебный курс, который должен показать роль и значение естествознания в понимании окружающего мира, в осознании места человека в этом мире, в формировании научной картины мира.
В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания». Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания (А. П. Садохин) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .
Глава 3. Естествознание: его предмет, структура и история становления
3.1. Предмет и структура естествознания
Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира – природа, общество и человек – изучается отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество» – природа и «знание» – знание о природе.
В современном употреблении термин «естествознание» в общем виде обычно обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе как едином целом. В этом качестве оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна естественная наука. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.
Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и обозначало тогда всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят еще глубже, в Древнюю Грецию времен Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Сегодня существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания. Первое утверждает, что естествознание – наука о природе как единой целостности, второе – что это совокупность наук о природе, рассматриваемой как целое. На первый взгляд эти определения различны. На самом деле различия не так велики, так как под совокупностью наук о природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.
Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Его спецификой является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу «сверху». Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становятся формулировки основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.
При рассмотрении вопроса о структуре науки нами было отмечено, что она представляет собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание является не менее сложной системой, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является опорой для следующей за ней науки и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.
Фундаментом всех естественных наук, бесспорно, служит физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика – учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика исторически стала первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются статика, изучающая условия равновесия тел; кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения; динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил. Механика – это физика макромира, зародившаяся в Новое время. В ее основе лежит статистическая механика (молекулярно-кинетическая теория), изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц.
Следующей ступенькой иерархии является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается легко. Еще на школьных уроках химии говорится о строении химических элементов, их электронных оболочках; это – пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.
В свою очередь химия составляет основу биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (растительный мир), зоологию (мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма, цитология – живую клетку, гистология – свойства тканей, палеонтология – ископаемые останки жизни, генетика – проблемы наследственности и изменчивости.
Науки о Земле являются следующей ступенькой структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.
Завершает грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, исследующие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике, что позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, отражающем, очевидно, одно из важнейших свойств самой природы.
Структура естествознания не ограничивается вышеназванными науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки – выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.
Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.
Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.
3.2. История естествознания
В истории развития человеческой цивилизации становление научного знания под воздействием разных факторов и причин прошло длительный путь. Соответственно естествознание, будучи составной частью науки, имеет такую же сложную историю. Его нельзя понять, не проследив историю развития науки в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени, современное естествознание ХХ в.
Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называемый натурфилософский этап развития науки, представляющий непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого. На данном этапе происходил верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что было характерно для всей греческой натурфилософии.
Позднее к процессу накопления знаний добавилось теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появились первые концепции рационального объяснения природных процессов. В результате наступил так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идет анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиск отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в историческом развитии науки – для Позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединились в естествознание как целостную науку о природе, произошла череда научных революций, кардинально менявших практику общественного развития.
Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздали целостную картину мира на основе познанных частностей. Это произошло на основе соединения анализа с синтезом и привело к появлению современной науки XX в.
Начало науки. Древнегреческая натурфилософия. Наука – сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло ни возникнуть, ни развиваться. Наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие ранее отмеченным критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI–IV вв. до н. э. В то время в древнегреческой культуре появились принципиально новые черты, которых не было на Древнем Востоке – признанном центре рождения человеческой цивилизации.
Возникновение первых форм знания произошло в восточных цивилизациях. Более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Вавилоне, Индии, Китае установилась взаимосвязь между теоретическими знаниями и практическими навыками. Это происходило во всех областях человеческой деятельности, но связывалось в основном с земледельческой культурой (первые астрономические знания способствовали предсказаниям погоды, зачатки математики позволяли измерять земельные площади и т. д.).
Историки науки связывают появление естествознания с научным взрывом в VI–IV вв. до н. э. в Древней Греции, который ознаменовал собой начало первого периода в истории естествознания – периода натурфилософии (от лат. natura – природа), т. е. философии природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений. От практических знаний, которые в те времена давали математика, астрономия, знахарство, ее отличало умозрительное толкование природы на основании положения о единстве явлений природы и ее целостности.
Начало древнегреческой натурфилософии относится к попыткам поиска природного первоэлемента, обеспечивающего единство и многообразие природного мира. Это означает, что натурфилософия отличалась стремлением выделить какую-то одну природную стихию в качестве основы всего существующего. Впервые в истории это стремление выразил философ Милетской школы Фалес, который считал первоэлементом всего мира воду, поскольку невозможно найти в мире абсолютно сухое тело.
В античной науке Фалес был первым астрономом и математиком, ему приписывались открытие годового вращения Солнца, определение времени солнцестояний и равноденствий. Фалес утверждал, что Луна светит не своим светом, а небесные тела представляют собой воспламенившуюся землю. Всю небесную сферу Фалес разделил на пять зон и ввел календарь, определив продолжительность года в 365 дней и разделив его на 12 месяцев по 30 дней.
Первой научной программой Античности стала математическая программа, представленная Пифагором Самосским и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) – упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Числовые соотношения рассматривались им основой всего мироздания, источником гармонии Космоса. По мнению Пифагора и его учеников, в основе мира лежат количественные отношения действительности. Они рассматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отношений, приписывали определенным числам особые, мистические свойства. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э.
Высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т. д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. По Аристотелю у каждого тела есть предназначенное ему по природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту – естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи; все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель – Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.
Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира – наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.
Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием упорядоченного понятийного аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает в себя изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После аристотелевских работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.
Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они перемещаются по сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как того требовала геоцентрическая модель мира. Решением данной проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома К. Птолемея (I–II вв. н. э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, называемой эпициклом.
Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это Архимед, живший в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука, а механика стала важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой ума (отношение к технике, к машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), работы ученого сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.
Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. Не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего в себя стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание всего окружающего мира.
Упадок древнегреческой культуры практически остановил развитие натурфилософии, но ее идеи продолжали существовать довольно долго. Окончательно натурфилософия потеряла свое значение только в XIX в., когда она перестала заменять собой отсутствовавшие науки, когда естествознание достигло высокого уровня развития, был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда выявились действительные причины многих природных явлений и раскрылись реальные связи между ними.
Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т. е. учения о сотворении природы Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки при этом были забыты.
В отличие от Античности средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ. В то же время она не ограничивалась пассивным усвоением достижений античной науки. Вклад средневековой науки в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.
С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в Античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина; постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Изобретение машин и механизмов переставало быть забавой, как в Античности, и становилось делом полезным и уважаемым.
Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе. Это отношение позволило уйти от созерцательного отношения к ней и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира во благо человека.
В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т. д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.
Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.
Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.
Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.
Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.
3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.
В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.
Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.
Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.
Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.
С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.
Согласно классическому принципу относительности никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т. е. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.
Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.
Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.
Природа этой силы была открыта И. Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы, сформулировал закон всемирного тяготения.
Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Исаак Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика И. Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения, закона равенства действия и противодействия.
Хотя И. Ньютон провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез было им предложено, и они сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется и есть ли у нее материальный носитель.
Отвечая на эти вопросы, И. Ньютон предложил (подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов) принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных И. Ньютоном.
Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Оно сравнимо с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать – тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, которая может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции – три независимые друг от друга сущности.
Работы И. Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.
3.4. Классическое естествознание Нового времени
Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все большие масштаб и глубину. Происходили процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и с появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имевшей свои специфические черты, которые наложили отпечаток на работу ученых и ее результаты.
Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические, социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.
Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире – абсолютной истине.
Еще одной чертой классической науки была метафизичность – рассмотрение природы как неразвивающегося целого, из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе. Каждый предмет или явление изучались отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.
Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Они стали такими же элементами в мире-«механизме», как предметы и явления неживой природы.
Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., создав множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь добраться до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создавали «учения о невесомых» – электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные, тепловые свойства, а также способность к горению. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества, формирование основ экспериментальной науки об электричестве.
Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Р. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г. Менделя, электромагнитная теория Д. Максвелла.
Эти и многие другие открытия ХIХ в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины ХIХ в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-«машины», остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука ХIХ в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца ХIХ – начала XX в.
3.5. Глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.
Целый ряд замечательных открытий разрушил всю классическую научную картину мира. В 1888 году немецкий ученый Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Д. Максвелла. В 1895 году В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских лучей, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Д. Томпсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.
К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малы ми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h ). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.
Все эти открытия буквально за несколько лет опрокинули стройное здание классической науки, которое еще в начале 1880-х гг. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки.
В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 1920-е гг. с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.
Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 1940-е гг. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.
Главным концептуальным изменением естествознания ХХ в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель объяснения явлений природы, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным.
Развитие эйнштейновского подхода привело к отрицанию ньютоновской космологии и формировало новую картину мира, в которой логика и здравый смысл переставали действовать. Оказывается, что твердые атомы И. Ньютона почти целиком заполнены пустотой, что материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира, планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности; субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.
Это основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от классической науки.
3.6. Основные черты современного естествознания и науки
Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира – «часового» механизма сменилась моделью мира-«мысли», для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, как нечто особенное и завершенное, ушли в прошлое.
Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности сделать это (неисчерпаемость материи вглубь). Получение абсолютной истины считается невозможным; истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.
Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важных научных завоеваний XX в. – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.
Начиная со второй половины ХХ в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития – постнеклассический, который характеризуется рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на его полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.
Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать сочетание разных естественных наук применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом такой нарастающей интеграции становятся гуманитарные науки.
В анализе особенностей современного естествознания следует отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с объектами (фундаментальных исследований). Реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы способны при неумелом обращении с ними привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.
Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически все более срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных «кабинетных» ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей разных научных направлений. В процессе исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с пока недостаточно понятными законами развития, с глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения, и в частности глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.
Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, но затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные системы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях анализ возможностей дальнейшей эволюции сложных природных объектов предстает как принципиально непредсказуемый, сопряженный со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.
Все эти изменения идут в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится скорее всего к середине XXI в. Конечно, сейчас сложно представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Но вышеперечисленные некоторые ее черты просматриваются уже сейчас.
Таблица 3.1. Наиболее значимые ученые естествознания: с VI в. до н. э по XX в.
Продолжение
Продолжение
Продолжение
Продолжение
Введение…………………………………………………………………..………….3
1. Классификация наук
Заключение……………………………………………………..…..………………14
Список использованных источников……………………………….…………….15
Введение
Общеизвестно, что естествознание - это совокупность наук о природе. Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практическому использованию в интересах человека. Естествознание возникает в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой этой практической деятельности.
В XIX веке было принято естественные науки (или опытное познание природы) разделять на 2 большие группы. Первая группа по традиции охватывает науки о явлениях природы (физика, химия, физиология), а вторая - о предметах природы. Хотя деление это довольно условное, но очевидно, что предметы природы - это не только весь окружающий материальный мир с небесными телами и землей, но и неорганические составные части земли, и находящиеся на ней органические существа, и, наконец, человек.
Рассмотрение небесных тел составляет предмет астрономических наук, земля составляет предмет ряда наук, из которых наиболее разработаны геология, география и физика земли. Познание предметов, входящих в состав земной коры и на ней находящихся, составляет предмет естественной истории с ее тремя главными отделами: минералогией, ботаникой и зоологией. Человек же служит предметом антропологии, наиболее важными составными частями которой являются анатомия и физиология. В свою очередь, на анатомии и физиологии базируются медицина и экспериментальная психология.
В наше время такой общепризнанной классификации естественных наук уже не существует. По объектам исследования самым широким делением является деление на науки о живой и так называемой неживой природе. Важнейшие большие области естествознания (физика, химия, биология) можно отличать по формам движения материи, которые они изучают. Однако этот принцип, с одной стороны, не позволяет охватить все естественные науки (например математику и многие смежные науки), с другой стороны, он неприменим к обоснованию дальнейших классификационных делений, той сложной дифференциации и взаимосвязи наук, которые столь характерны для современного естествознания.
В современном естествознании органически переплетаются два противоположных процесса: непрерывной дифференциации естествознания и все более узкие области науки и интеграции этих обособленных наук.
1. Классификация наук
Процедура классификации ведет свое происхождение из простого наблюдения, оформившегося в специфический познавательный прием. Однако классификация позволяет получить реальное содержательное приращение знания на пути выявления новых групп явлений.
Процедура классификации, обращенная на саму науку, не может обойти вниманием классификацию, предложенную Ф. Бэконом (1561-1626) как обобщение известного в его время круга знаний. В своем эпохальном произведении "О достоинстве и преумножении наук" он создает широкую панораму научных знаний, включая в дружную семью наук и поэзию. В основу бэконовской классификации наук кладутся основные способности человеческой души: память, воображение, разум. Поэтому классификация приобретает следующий вид: памяти соответствует история; воображению - поэзия; разуму - философия.
В естествознании гетевского времени (конец XVIII в.) считалось, что все объекты природы связаны друг с другом грандиозной единой цепью, ведущей от простейших веществ, от элементов и минералов через растения и животные к человеку. Мир рисовался Гете как сплошной "метаморфоз" форм. Представления о качественно различающихся "ступенях организованности" природы были развиты объективными идеалистами Шеллингом и Гегелем. Шеллинг ставил перед собой задачу последовательно раскрыть все этапы развития природы в направлении к высшей цели, т.е. рассмотреть природу как целесообразное целое, назначение которого - в порождении сознания. Выделенные Гегелем ступени природы связывались с различными этапами эволюции, трактуемой как развитие и воплощение творческой деятельности "мирового духа", носящей у Гегеля название абсолютной идеи. Гегель говорил о переходе механических явлений к химическим (так называемом химизме) и далее к органической жизни (организм) и практике.
Серьезной вехой на пути становления классификации наук было учение Анри де Сен-Симона (1760-1825). Подводя итоги развития науки своего времени, Сен-Симон утверждал, что разум стремится обосновать свои суждения на наблюдаемых и обсуждаемых фактах. Он (разум) на позитивном фундаменте эмпирически данного уже преобразовал астрономию и физику. Частные науки есть элементы общей науки - философии. Последняя стала полу позитивной, когда частные науки стали позитивными, и станет совершенно позитивной, когда все частные науки станут позитивными. Это осуществится тогда, когда физиология и психология будут основаны на наблюдаемых и обсуждаемых фактах, ибо не существует явлений, которые не были бы или астрономическими, или химическими, или физиологическими, или психологическими. В рамках своей натурфилософии Сен-Симон пытался отыскать универсальные законы, управляющие всеми явлениями природы и общества, перенести приемы естественно-научных дисциплин на область общественных явлений. Он приравнивал органический мир к текучей материи и представлял человека как организованное текучее тело. Развитие природы и общества истолковывал как постоянную борьбу твердой и текучей материей, подчеркивая многообразную связь общего с целым.
Личный секретарь Сен-Симона Огюст Конт предлагает учитывать закон трех стадий интеллектуальной эволюции человечества как основу для разработки классификации наук. По его мнению, классификация должна отвечать двум основным условиям - догматическому и историческому. Первое состоит в расположении наук согласно их последовательной зависимости, так чтобы каждая опиралась на предыдущую и подготовляла последующую. Второе условие предписывает располагать науки сообразно ходу их действительного развития, от более древних к более новым.
Различные науки распределяются в зависимости от природы изучаемых явлений либо по их убывающей общности и независимости, либо по возрастающей сложности. Из подобного расположения вытекают умозрения все более сложные, а также все более и более возвышенные и полные. В иерархии наук большое значение имеет степень уменьшения абстрактности и увеличения сложности. Конечной целью всякой теоретической системы выступает человечество. Иерархия наук такова: математика, астрономия, физика, химия, биология и социология. Первая из них составляет отправной пункт последней, являющейся, как уже было сказано, единственной основной целью всякой положительной философии.
Чтобы облегчить обычное употребление иерархической формулы, удобно группировать термины по два, представляя их в виде трех пар: начальной - математико-астрономической, конечной - биолого-социологической и промежуточной- физико-химической. Кроме того, каждая пара показывает естественное сходство спариваемых наук, а их искусственное разделение, в свою очередь, приводит к ряду трудностей. Особенно это видно при отделении биологии от социологии.
В основу классификации О. Конт кладет принципы движения от простого к сложному, от абстрактного к конкретному, от древнего к новому. И хотя более сложные науки основываются на менее сложных, это не означает редукции высших к низшим. В контовской классификации отсутствуют такие науки, как логика, потому что она, по его мнению, составляет часть математики, и психология, которая составляет частично фрагмент биологии, частично - социологии.
Дальнейшие шаги в развитии проблемы классификации наук, предпринятые, в частности, Вильгельмом Дильтеем (1833-1911), привели к отделению наук о духе и наук о природе. В работе "Введение в науки о духе" философ различает их прежде всего по предмету. Предмет наук о природе составляют внешние по отношению к человеку явления. Науки о духе погружены в анализ человеческих отношений. В первых ученых интересуют наблюдения внешних объектов как данных естественных наук; во вторых - внутренние переживания. Здесь мы окрашиваем наши представления о мире нашими эмоциями, природа же молчит, словно чужая. Диль-тей уверен, что обращение к "переживанию" является единственным основанием наук о духе. Автономия наук о духе устанавливает связь понятий "жизнь", "экспрессия", "понимание". Таких понятий нет ни в природе, ни в естественных науках. Жизнь и переживание объективируются в институтах государства, церкви, юриспруденции и пр. Важно также, что понимание обращено в прошлое и служит источником наук о духе.
Вильгельм Виндельбанд (1848-1915) предлагает различать науки не по предмету, а по методу. Он делит научные дисциплины на номотетические и идеографические. В ведомстве первых - установление общих законов, регулярности предметов и явлений. Вторые направлены на изучение индивидуальных явлений и событий.
Однако внешняя противоположность природы и духа не в состоянии дать исчерпывающее основание всего многообразия наук. Генрих Риккерт (1863-1936), развивая выдвинутую Виндельбандом идею о разделении номотетических и идеографических наук, приходит к выводу, что различие вытекает из разных принципов отбора и упорядочивания эмпирических данных. Деление наук на науки о природе и науки о культуре в его знаменитом одноименном произведении лучше всего выражает противоположность интересов, разделяющих ученых на два лагеря.
Для Риккерта центральной является идея, что данная в познании действительность имманентна сознанию. Безличное сознание конституирует природу (естествознание) и культуру (науки о культуре). Естествознание направлено на выявление общих законов, которые Риккертом интерпретируются как априорные правила рассудка. История занимается неповторимыми единичными явлениями. Естествознание свободно от ценностей, культура и индивидуализирующее понимание истории есть царство ценностей. Указание на^ценность сугубо важно. "Те части действительности, которые индифферентны по отношению к ценностям и которые мы рассматриваем в указанном смысле только как природу, имеют для нас... только естественнонаучный интерес... их единичное явление имеет для нас значение не как индивидуальность, а как экземпляр более или менее общего понятия. Наоборот, в явлениях культуры и в тех процессах, которые мы ставим к ним в качестве предварительных ступеней в некоторое отношение... наш интерес направлен на особенное и индивидуальное, на их единственное и неповторяющееся течение, т.е. мы хотим изучать их также исторически, индивидуализирующим методом". Риккерт выделяет три Царства: действительность, ценность, смысл; им соответствуют три метода постижения: объяснение, понимание, истолкование.
Бесспорно, выделение номотетического и идеографического методов стало важным шагом в деле классификации наук. В общем смысле номо-тетический метод (от греч. nomothetike, что означает "законодательное искусство") направлен на обобщение и установление законов и проявляется в естествознании. Согласно различению природы и культуры, общие законы несоразмерны и несоотносимы с уникальным и единичным существованием, в котором всегда присутствует нечто невыразимое при помощи общих понятий. Отсюда следует вывод о том, что номотететичес-кий метод не является универсальным методом познания и что для познания "единичного" должен применяться идеографический метод.
Название идеографического метода (от Греч, idios- "особенный", grapho - "пишу") ориентирует на то, что это метод исторических наук о культуре. Суть его в описании индивидуальных событий с их ценностной окраской. Среди индивидуальных событий могут быть выделены существенные, но никогда не просматривается их единая закономерность. Тем самым исторический процесс предстает как множество уникальных и неповторимых событий, в отличие от заявленного номотетическим методом подхода к естествознанию, где природа охватывается закономерностью.
Науки о культуре, по мнению Риккерта, распространены в таких сферах, как религия, церковь, право, государство и даже хозяйство. И хотя хозяйство можно поставить под вопрос, Риккерт определяет его так: "Технические изобретения (а следовательно, хозяйственная деятельность, которая является производной от них) обыкновенно совершаются при помощи естественных наук, но сами они не относятся к объектам естественнонаучного исследования".
Можно ли считать, что в сосуществовании и этих двух видов науки, и соответствующих им методов отражены отклики тех далеких споров номиналистов и реалистов, которые будоражили средневековые схоластические диспуты? Видимо, да. Ведь те утверждения, которые слышны со стороны идеографических наук (в частности, что единичное есть основа общего и последнее вне его не существует, их невозможно отделить друг от друга и предположить раздельное существование), суть одновременно и аргументы номиналистов, для которых именно единичное, как реально существующий факт, может быть положено в основу истинного познания.
Применительно к современной ситуации необходимо заметить, что и в точных, помологических науках, ориентирующихся на регулярность и повторяемость, и в индивидуализирующих, идеографических науках, ориентирующихся на единичное и неповторимое, единичное не может и не должно быть проигнорировано. Разве вправе естествознание отказываться от анализа единичных фактов, и разве справедлива будет та летопись, в которой не будет прослеживаться общая связь событий?
Для методологии и философии науки представляют интерес размышления Риккерта, в которых общее и единичное не просто противопоставляются, что было бы наивно, но предстают дифференцирование, т.е. в различении видов общего и единичного. В естественных науках отношение общего к единичному - это отношение рода и индивида (экземпляра). В общественных исторических науках единичность как бы представляет, репрезентирует собой всеобщность, выступая как проявленная наглядным образом закономерность. Индивидуальные причинные ряды - таковы цель и смысл исторических наук.
Принипы классификации наук Ф. Энгельса. Когда в 1873 г. Энгельс приступил к разработке классификации форм движения материи, в ученых кругах был распространен контовский взгляд на классификацию наук. Родоначальник позитивизма О. Конт был уверен, что каждая наука имеет своим предметом отдельную форму движения материи, а сами объекты различных наук резко отделены друг от друга: математика | физика | химия | биология | социология. Такое соответствие было названо принципом координации наук. Энгельс обратил внимание на то, как связаны между собой и переходят один в другой объекты, изучаемые различными науками. Возникла идея отразить процесс прогрессивного развития движущейся материи, идущей по восходящей линии от низшего к высшему, от простого к сложному. Подход, где механика была связана и переходила в физику, последняя в химию, та в биологию и социальные науки (механика... физика... химия... биология... социальные науки), стал известен как принцип субординации. И действительно, куда ни бросить взгляд, мы нигде не найдем какую-либо форму движения в полной отдельности от других форм движения, везде и всюду существуют лишь процессы превращения одних форм движения в другие. Формы движении материи существуют в непрерывно-прерывном процессе превращения друг в друга. "Классификация наук, - отмечал Ф. Энгельс, - из которых каждая анализирует отдельную форму движения или ряд связанных между собой и переходящих друг в друга форм движения материи, является вместе с тем классификацией, расположением, согласно внутренне присущей им последовательности самих этих форм движения, и в этом именно и заключается ее значение".
Когда Энгельс начинал работу над "Диалектикой природы", в науке уже утвердилось понятие энергии, распространенное на область неорганики - неживую природу. Однако все более и более становилось понятно, что между живой и неживой природой не может быть абсолютной грани. Убедительным примером тому явился вирус - переходная форма и живое противоречие. Попав в органическую среду, он вел себя как живое тело, в неорганической же среде он так себя не проявлял. Можно сказать, что Энгельс прозорливо предугадал переход одной формы движения материи в другую, так как к моменту возникновения его концепции наукой были изучены лишь переходы между механической и тепловыми формами. Вызывало интерес и предположение о том, что выдающиеся открытия в скором времени будут возникать на стыке наук, в пограничных областях. Взявшись за разработку одной из таких пограничных областей, связывающих природу и общество, Энгельс предложил трудовую теорию антропосоциогенеза- происхождения человека и человеческого общества. В свое время Ч. Дарвин (1809-1882), проводя сравнительные анатомические исследования человека и обезьян, пришел к выводу о чисто животном происхождении человека. Он выделил две формы конкуренции: внутривидовую и межвидовую. Внутривидовая конкуренция вела к вымиранию неприспособленных форм и обеспечивала выживание приспособленных. Это положение легло в основу естественного отбора. Энгельс же оценил роль социальных факторов, и в частности особую роль труда, в процессе антропосоциогенеза. В XX в. именно на стыках наук появились наиболее перспективные области новых наук: биохимия, психолингвистика, информатика.
Таким образом, если в первых классификациях наук в качестве оснований выступали естественные способности человеческой души (память, воображение и т.п.), то, по мнению нашего современника отечественного исследователя Б. Кедрова, принципиальное отличие энгельсовской классификации заключалось как раз в том, что "в основу разделения наук она кладет принцип объективности: различия между науками обусловлены различиями изучаемых ими объектов". Тем самым классификация наук имеет под собой прочное онтологическое основание - качественное многообразие самой природы, различные формы движения материи.
В связи с новыми данными естествознания разработанная Энгельсом пятичленная классификация форм движения материи была подвергнута существенным уточнениям. Наибольшую известность получила современная классификация, предложенная Б. Кедровым, в которой он различал шесть основных форм движения: субатомно физическую, химическую, молекулярно-физическую, геологическую, биологическую и социальную. Заметим, что классификация форм движения материи мыслилась как основа классификации наук.
Существует и иной подход, согласно которому все многообразие мира может быть сведено к трем формам движения материи: основным, частным и комплексным. К основным относятся наиболее широкие формы движения материи: физическая, химическая, биологическая, социальная. Ряд авторов подвергают сомнению существование единой физической формы движения материи. Однако с этим вряд ли можно согласиться. Все объекты, объединяемые понятием физического, обладают двумя наиболее общими физическими свойствами - массой и энергией. Для всего физического мира характерен общий всеохватывающий закон сохранения энергии.
Частные формы входят в состав основных. Так, физическая материя, включает в себя вакуум, поля, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, макротела, звезды, галактики, Метагалактику. К комплексным формам материи и движения следует отнести астрономическую (Метагалактика - галактика - звезды - планеты); геологическую (состоящую из физической и химической форм движения материи в условиях планетарного тела); географическую (включающую в себя физическую, химическую, биологическую и социальную формы движения материи в пределах лито-, гидро- и атмосферы). Одна из существенных особенностей комплексных форм движения материи заключается в том, что господствующую роль в них в конечном счете играет низшая форма материи - физическая. К примеру, геологические процессы определяются физическими силами: гравитацией, давлением, теплотой; географические законы обусловлены физическими и химическими условиями и соотношениями верхних оболочек Земли.
Заключение
Философия науки по логике вещей должна отчетливо представлять, с каким типом науки она предпочитает иметь дело. Согласно уже сложившейся, хотя и достаточно молодой традиции все науки подразделились на три клана: естественные, общественные, технические. Однако как бы эти группы наук ни конкурировали друг с другом, в своей совокупности они имеют общую цель, связанную с наиболее полным постижением универсума.
Вопросы классификации и взаимосвязи естественных наук обсуждаются и по сей день. При этом существуют разные точки зрения. Одна из них – все химические явления, строение вещества и его превращение можно объяснить на основании физических знаний; ничего специфического в химии нет. Другая точка зрения – каждый вид материи и каждая форма материальной организации (физическая, химическая, биологическая) настолько обособлены, что между ними нет прямых связей. Конечно, такие разные точки зрения далеки от истинного решения сложнейшего вопроса классификации и иерархии естественных наук. Вполне очевидно одно – несмотря на то, что физика – фундаментальная отрасль естествознания, каждая из естественных наук (при одной и той же общей задаче изучения природы) характеризуется своим предметом исследования, своей методикой исследования и базируется на своих законах, не сводимых к законам других отраслей науки. И серьезные достижения в современном естествознании наиболее вероятны при успешном сочетании всесторонних знаний, накопленных в течение продолжительного времени и в физике, и в химии, и в биологии, и во многих других естественных науках.
Список использованных источников
- Карпенков С.Х. К26 Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с.
- Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учеб. – МТК Велби, Изд-во Проспект, 2006. – 264 с.
- Турчин В.Ф. Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е – М.: ЭТС, 2000. – 368 с.
- Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 480 с.
