Становление современного естествознания

Лакатос в отличие от Куна не считает, что возникшая в ходе революции научно-исследовательская программа является завершенной и вполне оформившейся. Положительная эвристика программы определяет проблемы, подлежащие решению, а также предсказывает аномалии и превращает их в подтверждающие примеры. Развитие, совершенствование программы в послереволюционный период - необходимое условие научного прогресса. Поэтому, говорит Лакатос, деятельность ученого в межреволюционные периоды носит творческий характер. Даже в ходе доказательства, обоснования знания, полученного в ходе последней более или менее значительной революции, это знание трансформируется.

Еще одно отличие этих концепций заключается в следующем. По Куну, все новые и новые подтверждения парадигмы, получающиеся в ходе решения очередных задач-головоломок, укрепляют безусловную веру в парадигму - веру, на которой держится вся нормальная деятельность членов научного сообщества. Лакатос утверждает, что процедура доказательства истинности первоначального варианта исследовательской программы приводит не к вере в нее, а к сомнению, порождает потребность перестроить, усовершенствовать, сделать явными скрытые в ней возможности, т.е. революционная научно-исследовательская деятельность не является прямой противоположностью деятельности ученого в межреволюционные периоды. Поскольку в ходе революции создается лишь первоначальный .проект новой научно-исследовательской программы, то работа по ее окончательному формированию продолжается весь послереволюционный период.

В настоящее время мало кто сомневается в существовании научных революций. Однако нет единого мнения о том, что такое "научная революция". Часто ее трактуют как ускоренную эволюцию, т.е. некая теория модифицируется, но не опровергается.

К. Поппер предложил концепцию перманентной революции [26]. Согласно его представлениям, любая теория рано или поздно фальсифицируется, т.е. находятся факты, которые полностью ее опровергают. В результате этого появляются новые проблемы, а движение от одних проблем к другим определяет прогресс науки.

По представлениям М.А. Розова, выделяются три типа научных революций [30, 34]: 1) построение новых фундаментальных теорий. Этот тип, собственно говоря, совпадает с научными революциям Куна; 2) научные революции, обусловленные внедрением новых методов исследования, например появление микроскопа в биологии, оптического и радиотелескопов в астрономии, изотопных методов определения возраста в геологии и т.д.; 3) открытие новых "миров". Этот тип революций ассоциируется с Великими географическими открытиями, обнаружением миров микроорганизмов и вирусов, мира атомов, молекул, элементарных частиц и т.д.

К концу XX в. представление о научных революциях сильно трансформировалось. Постепенно перестают рассматривать разрушительную функцию научной революции. В качестве наиболее важной выдвигают созидательную функцию, возникновение нового знания без разрушения старого. При этом предполагается, что прошлое знание не утрачивает своего своеобразия и не поглощается актуальным знанием.

Кейс стадис как метод исследования

В 1970-е гг. большую популярность приобретает модель кейс стадис (ситуационного исследования). Здесь подчеркивается прежде всего необходимость остановить внимание на отдельном событии из истории науки, которое произошло в определенном месте и в определенное время. Кейс стадис - это как бы пересечение всех возможных траекторий истории науки, сфокусированных в одной точке с целью рассмотреть и реконструировать одно событие из истории науки в его целостности, уникальности и невоспроизводимости [34]. В "кейс стадис" ставится задача понять прошлое событие не как вписывающееся в единый ряд развития, не как обладающее какими-то общими с другими событиями чертами, а как неповторимое и невоспроизводимое в других условиях.

Такого рода исследования представлены в научной литературе. Например, Р. Телнер в статье "Логические и психологические аспекты открытия циркуляции крови" пишет, что научное открытие следует изображать как историческое событие, в котором смешались идеи, содержание и цели предшествующей науки, а также культурные и социальные условия того времени, когда открытие было сделано. По его мнению, только такое исследование может дать информацию о новом аспекте научного открытия, описать, как развивался новый взгляд, каким путем и какими средствами он вошел в историю или почему не вошел. Еще одной иллюстрацией метода "кейс ста-дис" может служить статья Т. Пинча (1985), где он рассматривает два эпизода из истории науки: определение в 1967 г. солнечных нейтрино и измерение тогда же сплющенности Солнца. По Пинчу, предметом "кейс стадис" становится непосредственная научная практика, выраженная в анализе эпизодов научного диспута, эпизодов жизнедеятельности отдельных лабораторий, научных коллективов. Индивидуальные случаи наблюдения можно связать с более широкими интересами и ресурсами других групп ученых, включенных в научную практику.

Исследования в стиле "кейс стадис" сосредоточены на самом событии, по возможности целостном и неповторимом. Такое событие несет в себе некоторые симптомы переломных, поворотных моментов в истории науки; оно оказывается легкообозримым и точно определяемым перекрестком разных направлений историко-научного поиска, будь то анализ процесса творчества, социальных условий, соотношения общества и собственно научного сообщества, структуры научного знания и т.д. Для "кейс стадис" важно, что в качестве целостного и уникального выбирается событие, малое по объему. Здесь изучаются локализованные события, такие, как отдельный текст, научный диспут, материалы конференции, научное открытие в определенном научном коллективе и т.д. Особое значение для "кейс стадис" приобретает возможность представить исторические события как некую "воронку", в которую втягиваются и предшествующие, и последующие события.

"Кейс стадис" в их сегодняшнем состоянии - лишь начало процесса обращения историков науки к исходным элементарным составляющим предмета исторического анализа как некоторому средоточию всеобщности. Элементарное событие не приобщается к некоторому всеобщему, находящемуся вне его, а, наоборот, это всеобщее обнаруживается в нем самом и через общение с другим особенным событием.

3.2 Традиции и новации в истории естествознания

Традиции в истории естествознания

В процессе развития естествознания традиции и новации выполняют свои специфические функции. Традиции образуют "скелет" естествознания, который определяет характер деятельности ученого [34]. Т. Кун первый рассмотрел традиции как центральный объект при анализе науки в целом. Он назвал парадигмой прошлые достижения, лежащие в основе такой традиции. Чаще всего речь идет о некоторой достаточно общепринятой теоретической концепции (система Коперника, механика Ньютона и т.п.).

В научном познании обычно приходится сталкиваться не с одной или несколькими традициями, а со сложным их многообразием. Традиции различаются и по содержанию, и по функциям в составе науки, и по способу своего существования. Они могут существовать в виде текстов (вербальные), в форме неявного знания (невербальные); последние передаются от учителя к ученику или от поколения к поколению на уровне непосредственной демонстрации образцов.

Любое знание функционирует двояким образом [34]. Во-первых, оно фиксирует некоторый способ практических или познавательных действий, производственные операции или методы расчета и в этих случаях выступает как вербализованная традиция. Во-вторых, как неявное знание оно задает образец продукта, к получению которого надо стремиться. В простейшем случае речь идет о постановке вопросов. Так, знание формы и размеров окружающих нас предметов породило вопрос о форме и размерах Земли, а знание расстояний между земными ориентирами позволило поставить вопрос о расстоянии от Земли до Луны и до звезд.

Традиции могут быть явными и неявными. Противопоставление явных и неявных традиций дает возможность понять различие между научными школами (явные традиции) и научными направлениями (неявные традиции). Развитие научного направления может быть связано с именем крупного ученого, но в отличие от научной школы оно не предполагает обязательных постоянных личных контактов людей, работающих в рамках этого направления. В научной школе контакты необходимы, так как большое значение имеет опыт, непосредственно передаваемый от учителя к ученику, от одного члена сообщества к другому.

Неявные традиции отличаются друг от друга не только по содержанию, но и по механизму своего воспроизведения. В основе их могут лежать как образцы действий, так и образцы продуктов. Например, очевидно, что есть разница между демонстрацией технологии производства некоего продукта и показом готового продукта с предложением сделать такой же.

Еще одним основанием для разделения традиций может служить их роль в системе науки. Одни традиции задают способы получения новых знаний (инструкции, задающие методику проведения исследований, образцы решенных задач, описания экспериментов и т.д.), а другие - принципы их организации (образцы учебных курсов, классификационные системы, лежащие в основе разделения научных дисциплин, категориальные модели действительности, определяющие рубрикацию при организации знаний, определение предмета тех или иных дисциплин). Вероятно, ни одна наука не имеет оснований считать себя окончательно сформировавшейся, пока не появились обзоры или учебные курсы, т.е. пока не заданы традиции организации знания.

Незнание и неведение

Новации могут состоять в постановке новых проблем, в построении новой классификации или периодизации, в разработке новых экспериментальных методов исследования, обнаружении новых явлений и т.д. Все новации можно разделить на преднамеренные и непреднамеренные. Первые возникают как результат целенаправленной деятельности и происходят в рамках парадигмы, вторые возникают только как побочный результат и ведут к изменению парадигмы. Это деление можно уточнить, противопоставив незнание и неведение [34].

Под незнанием подразумевается то, что может быть выражено в виде "Я не знаю того-то". Так, можно не знать химического состава какого-либо вещества, расстояния между какими-то городами, причины каких-нибудь явлений и т.д. Во всех этих случаях можно поставить вполне конкретный вопрос или сформулировать задачу выяснения того, чего мы не знаем. Незнание - это область нашего целеполагания, область планирования нашей познавательной деятельности.

Сфера неведения - это все, что в принципе не может быть выражено подобным образом, просто не существует в нашем сознании как нечто определенное. В отличие от незнания неведение не может быть зафиксировано в форме конкретного утверждения типа: "Я не знаю того-то". Очевидно, что невозможен целенаправленный поиск неизвестных или, точнее, неведомых явлений. Неведение открывается только как побочный результат. Так, после открытия Австралии правомерно было поставить вопрос о животных, которые ее населяют; это составляло сферу незнания. Но тогда было невозможно поставить вопрос о том, в течение какого времени кенгуру носит в сумке своего детеныша, так как не было знания о существовании на Земле сумчатых животных.

Сопоставление незнания и неведения позволяет уточнить понятия открытия и обнаружения. Так, можно сказать, что наука открыла сумчатых животных. Открытия подобного рода часто знаменуют собой переворот в науке, но от неведения к знанию нет рационального, целенаправленного пути. Про И.Г. Галле можно сказать, что он обнаружил, а не открыл планету Нептун, так как эта планета была теоретически предсказана У.Ж. Леверье¹ на основании возмущений орбиты Урана. Специфической особенностью открытий является то, что на них нельзя выйти с помощью постановки соответствующих вопросов, ибо существующий уровень развития науки и культуры не дает оснований для вопроса. Принципиальную невозможность постановки того или иного вопроса следует отличать от его постановки нетрадиционных вопросов в рамках той или иной науки или культуры в целом.

Приведенные примеры относятся к сфере эмпирического исследования. На уровне теории также открывают новые явления; например, П. Дирак теоретически открыл позитрон. Однако обычно говорят, что теории не обнаруживают и не открывают, а их строят или формулируют. Здесь происходит переход из сферы обнаружений и открытий в сферу проектов и их реализации.

Независимо и до Леверье вычислил орбиту и координаты планеты Нептун английский астроном Дж. К. Адаме (1845).

Проекты можно строить путем переноса образцов из одной области знания в другую или с помощью оригинальных идей, не имеющих прямых аналогов.

Путем переноса образцов В. Дэвисом была построена теория эрозионных циклов, которая сыграла огромную роль в развитии как геоморфологии (науке о рельефе земной поверхности), так и всей физической географии [7]. Согласно этой теории, все разнообразные формы рельефа образуются под воздействием двух основных факторов - тектонических поднятий суши и обратно направленных процессов эрозии. Образцом для Дэвиса служила концепция Ч. Дарвина о развитии коралловых островов, т.е. одна теория строилась по образцу другой. Так, у Дарвина все определяется соотношением двух процессов: медленного опускания морского дна и роста кораллов; у Дэвиса также два процесса - поднятие суши и процесс эрозионного воздействия текучих вод на возвышенный участок. В обеих теориях два фактора, находясь как бы в противоборстве друг с другом, определяют тем самым стадию развития объекта. В теории Дарвина вследствие опускания суши на поверхности океана остается лишь коралловая постройка -атолл, в теории Дэвиса следствием эрозии является почти плоская равнина - пенеплен. Следовательно, один и тот же принцип построения модели использован при изучении разных явлений.

Заметим, что общая идея, лежащая в основе теории образования коралловых островов, принадлежит не Дарвину. Путешествуя на "Бигле", он возил с собой книгу Ч. Лайеля "Принципы геологии", где даже на переплет было вынесено вошедшее потом во многие учебники изображение колонн храма Юпитера-Сераписа со следами поднятий и погружений.

Приведем еще несколько примеров [35]. Выдающийся отечественный естествоиспытатель и почвовед В.В. Докучаев создал, как считается, новый оригинальный проект, не имевший в то время прямого аналога. Однако создал как побочный результат. Предполагают, что восприятию почвы как специфического естественного тела природы способствовало то, что Докучаев пришел в почвоведение как геолог. Иными словами, первоначально Докучаев работает в рамках сложившихся традиций, но полученный им результат, показывающий, что почва есть продукт совокупного действия ряда природных факторов, оказывается образцом, или проектом, нового подхода в науках о Земле.

Нередко ученый, пришедший из одной области науки в другую и не связанный традициями этой области науки, делает то, что не могли сделать до него, поскольку использует методы и подходы, которые помогают по-новому поставить и решить проблемы. Например, Л. Пастер как химик владел экспериментальным методом; осваивая новую для себя область знания, он применял известные ему методы и приемы работы и во многом благодаря этому стал основоположником микробиологии и иммунологии. Еще один пример - деятельность А. Вегенера. Он получил докторскую степень по астрономии, затем занимался метеорологией, а итогом его деятельности стало учение о дрейфе континентов. Вегенер как ученый не связывал себя границами той или иной дисциплины, поэтому ему удалось привнести полипредметность в обсуждение проблемы перемещения материков, используя данные палеонтологии, стратиграфии¹, палеоклиматологии, тектоники и т.д.

По основанию незнания и неведения можно разделить все фундаментальные открытия на два класса. К первому классу - открытия на основании незнания - можно отнести уже представленное выше открытие планеты Нептун У.Ж. Леверье и Дж. К. Адамсом - большое событие в естествознании. К нему ученые пришли следующим образом. Сначала были рассчитаны траектории планет. Потом выяснилось, что они не совпадают с наблюдаемыми. Это подтолкнуло к предположению о существовании новой планеты. Последний этап - обнаружение планеты в телескоп в соответствующей точке пространства. Это открытие можно отнести к открытиям на основании незнания, поскольку оно было совершено на фундаменте уже разработанной небесной механики.

Следовательно, такие задачи обычно относятся к четко определенной предметной области. При их решении можно ясно представить себе, где именно следует искать ответ, хотя к задачам данного класса необязательно подходить под стандарт. Наука, изучающая последовательность формирования горных пород и их первичные пространственные взаимоотношения.

Фундаментальные открытия второго класса построены на основании неведения. Проблем, приведших к такого рода открытиям, в естествознании возникало не так уж и много, но их решения всякий раз означали огромный прогресс в развитии естествознания, науки и культуры в целом. Это такие фундаментальные научные теории и концепции, как гелиоцентрическая теория Н. Коперника, классическая механика И. Ньютона, генетика Г. Менделя, теория эволюции Ч. Дарвина, теория относительности А. Эйнштейна, квантовая механика.

Психологический контекст открытий

Говоря о психологическом контексте открытий этих двух классов, можно предположить, что он одинаков [34]. Самым приблизительным образом его можно характеризовать как непосредственное видение, открытие в полном смысле этого слова. По мнению Р. Декарта, исследователь как бы "вдруг" видит, что проблему нужно рассматривать именно так, а не иначе. Но открытие никогда не бывает мгновенным. Обычно сначала присутствует некое ощущение идеи. Потом она проясняется путем выведения из нее следствий, которые, как правило, уточняют идею. Затем из новой модификации выводятся новые следствия и т.д.

Выдвижение новых фундаментальных принципов всегда связывалось с деятельностью гениев, с озарением, с какими-то тайными характеристиками человеческой психики. Обращаясь к истории естествознания, мы видим, что такого рода открытия действительно осуществляются незаурядными людьми. Обратим внимание на тот факт, что многие открытия делали независимо друг от друга несколько ученых практически в одно время. Так, Ч. Дарвин впервые обнародовал свои идеи об эволюции видов в докладе, прочитанном в 1858 г. на заседании Линнеевского общества в Лондоне; на этом же заседании выступил и А.Р. Уоллес с изложением результатов исследований, которые по существу совпадали с дарвиновскими. Специальная теория относительности носит, как известно, имя А. Эйнштейна, который изложил ее принципы в 1905 г. Но в том же 1905 г. к подобным выводам пришел А. Пуанкаре. Совершенно удивительно "переоткрытие" менделевской генетики в 1900 г. одновременно и независимо друг от друга Э. Чермаком, К. Корренсом и X. Де Фризом. В истории естествознания можно найти множество похожих ситуаций. Таким образом, имеется историческая обусловленность фундаментальных открытий, что приводит к почти одновременному их открытию разными учеными.

Иногда фундаментальные открытия самими учеными и их современниками трактуются как решения частных задач и не связываются с фундаментальными проблемами. Например, Н. Коперник создал свою теорию в связи с тем, что в исследованиях были обнаружены несоответствия наблюдений и предсказаний на базе птолемеевской геоцентрической системы, т.е. возник конфликт между новыми данными и старой теорией. Но как показывает более глубокий анализ, Коперник убедился, что два фундаментальных мировоззренческих принципа его времени - принцип движения небесных тел по кругам и принцип простоты природы - явно не реализуются в астрономии. Решение этой фундаментальной проблемы привело его к великому открытию. Поэтому следует признать, что в общем случае фундаментальные открытия всегда связаны с решением фундаментальных проблем, т.е. таких, которые касаются наиболее общих представлений о действительности, ее познании, о системе ценностей, руководящей нашим поведением.

3.4 История отраслей естествознания

Физика

Физика - наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, а также законы ее движения. В развитии физических представлений выделяют несколько периодов.

Период от древнейших времен до начала XVII в. можно считать предысторией физики, когда происходило накопление физических знаний об отдельных явлениях природы, возникали отдельные учения, а представления о природе объяснялись на основе умозрительных философских принципов. В VI-IV вв. до н.э. науку стали отличать от других форм познания, были созданы образцы построения научного знания. Именно тогда Аристотель разработал формальную логику - науку о способах доказательств и опровержений, а также отделил физику (науку о природе) от метафизики (философии), математики и т.д. Важнейшим фрагментом античной научной картины мира стало геоцентрическое учение о мировых сферах (теория движения планет вокруг неподвижной Земли), получившее завершенную форму у К. Птолемея. Заметим, что в античные времена Аристархом Самосским высказывались предположения о том, что не Земля, а Солнце находится в центре Вселенной. Однако его взгляды не были поддержаны учеными того времени и о них надолго забыли. Значимой для последующего развития физики была концепция, выдвинутая в античное время, о дискретности (прерывности) строения материи -атомизм (Демокрит, Левкипп, Лукреций, Эпикур), согласно которой все тела состоят из атомов - мельчайших неделимых частиц.

В VI-XIV вв. продолжается накопление разрозненных физических фактов и появляется ряд общих представлений о природных явлениях. В XV в. Николай Кузанский развивал мысль о том, что движение является основой всего сущего, Вселенная бесконечна и в ней нет неподвижного центра, а Земля и все небесные тела созданы из одной и той же первоматерии. В 1543 г. вышел в свет труд Н. Коперника "О вращении небесных сфер", содержащий изложение гелиоцентрической системы м и р а, а в 1584 г. Дж. Бруно публикует диалог "О бесконечности, Вселенной и мирах", где была высказана идея о бесконечности Вселенной и единстве законов природы, о существовании других планетных систем, кроме Солнечной, и т.д.

Период классической физики (XVII - начало XX в.). Физика как наука берет начало от Г. Галилея, который выдвинул в первой половине XVII в. идею об относительности движения, установил законы инерции и свободного падения и др., активно защищал гелиоцентрическую систему мира. Основным достижением физики XVII в. признано создание классической механики, связанное с формулировкой основных законов этой науки И. Ньютоном в 1687 г. Фундаментальное значение имело введение Ньютоном понятия состояния, которое стало одним из основных для всех физических теорий. Состояния систем тел в механике полностью определяются координатами и импульсами тел системы. Исходя из законов движения планет, установленных И. Кеплером, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, с помощью которого удалось с достаточной точностью рассчитать движение Луны, планет и комет, объяснить приливы в океане. Им были впервые четко сформулированы классические представления об абсолютном пространстве как вместилище материи, не зависящем от ее свойств и движения, и абсолютном равномерно текущем времени. Ньютон построил механистическую картину природы как завершенную систему механики. Важное достижение этого времени - понимание идентичности физических законов для всей Вселенной.

В 1860-х гг. Дж. Максвеллом формулируется теория электромагнитного поля, дальнейшее развитие которой привело к революционным изменениям в физике. Используя концепцию поля М. Фарадея, Максвелл выводит пространственно-временные законы электромагнитных явлений. Дальнейшее развитие этой теории привело к созданию электродинамической картины м и р а. На рубеже XIX и XX вв. происходят революционные открытия и изменения в физике (обнаружение сложного строения атома, явления радиоактивности и т.д.).

Период становления современной физики связывают с началом XX в. Переход от классической физики к современной характеризовался не только возникновением новых идей, открытием новых неожиданных фактов и явлений, но и преобразованием ее духа в целом, возникновением нового способа физического мышления, глубоким изменением методологических принципов физики. Она становится квантовой (М. Планк,

3. Резерфорд, Н. Бор); в 1920-1930-е гг. разработана квантовая механика - последовательная теория движения микрочастиц (Л. де Бройль, Э. Шрёдингер, В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дирак). Одновременно (в начале XX в.) появилось новое учение о пространстве и времени -теория относительности (А. Эйнштейн), физика становится релятивистской (любая физическая картина мира относительна и связана с определенной системой отсчета).

Во второй половине XX в. происходит преобразование физики, связанное с познанием структуры атомного ядра, свойств элементарных частиц (Э. Ферми, Р. Фейнман, М. Гелл-Манн и др.), конденсированных сред (Дж. Бардин, ЛД. Ландау, И.Н. Боголюбов и др.). Физика стала источником новых идей, преобразовавших современную технику: ядерная энергетика (Н.В. Курчатов), квантовая электроника (Н.Г. Басов, A.M. Прохоров и

4. Таунс), микроэлектроника, радиолокация и т.п. возникли и развились благодаря достижениям физики.

Химия

Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, которые сопровождаются изменением их состава и строения.

Донаучный период. Человек использовал химические процессы, в результате которых образуются новые вещества, еще в доисторическую эпоху. Можно сказать, что человек выделился из животного мира тогда, когда провел первую химическую реакцию - зажег огонь, а далее начал применять его для приготовления пищи, в гончарном производстве, для обработки металлов. Другими химическими процессами, используемыми с древности, по-видимому, были брожение и скисание. Древние египтяне получали краски и косметические средства из минеральных веществ, умели добывать железо, выплавлять бронзу, красить ткани, изготовлять стекло и фарфор, имитировать драгоценные камни и золото.

Древнегреческие философы пытались понять и объяснить явления природы. Так, Аристотель выдвинул положение о том, что вещества, соединяясь, теряют свои индивидуальные качества, а новое вещество -это не смесь, а "тело", обладающее новыми, лишь ему присущими качествами.

Приблизительно в 300 г. н.э. египтянин Зосима составил 28-томную энциклопедию, которая охватывала все знания по химии как искусству взаимных превращений веществ, собранные за предшествовавшие 500-600 лет, и пользовалась популярностью вплоть до XVI в. Это положило начало развитию такого явления культуры, как алхимия, теоретической основой которой были взгляды Аристотеля об элементах природы и их взаимном превращении (трансмутации). Осуществляя превращения одних веществ в другие, алхимики не видели препятствий для реализации любых превращений, в том числе одних металлов в другие, в частности в золото. Алхимики выработали экспериментальный метод работы, проверяющий гипотезу. Они построили первые лаборатории - помещения, предназначенные для проведения научных исследований. В поисках "философского камня"¹ алхимики открыли целый ряд веществ: этанол, многие соли, щелочи и,

По представлениям алхимиков, "философский камень" - чудодейственный камень, способный обращать все металлы в золото и излечивать все болезни.

Что особенно важно, сильные минеральные кислоты - серную и азотную, резко расширившие возможности химического воздействия на вещество.

Становление собственно химии охватывает три столетия - с XVI по XVIII в. Слепое экспериментирование сменяется изучением законов превращения веществ для практического их использования. Первой из химических отраслей стала я т р о -химия, основанная в начале XVI в. швейцарцем Т. Парацельсом. Ятрохимики (в современных терминах) считали, что болезни возникают из-за нарушения течения химических процессов в организме и недостатка (или избытка) в нем тех или иных веществ, и предлагали соответствующие способы лечения. В этот же период развивается техническая химия.

С именем ирландского ученого Р. Бойля связывается полное освобождение химии от алхимии и ятрохимии. Он отбросил частичку "ал" в самом термине, ввел в практику определение химического элемента как составной части вещества, которую нельзя разложить на более простые части; положил начало химическому анализу, химии газов.

На рубеже XVII и XVIII вв. появилась первая общая химическая теория -теория флогистона (от греч. phlogiston - воспламеняемый, горючий), разработанная немецким химиком и врачом Э.Г. Шталем и основанная на том положении, что, чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. Теория Шталя, созданная для объяснения явлений горения, окисления и восстановления металлов, смогла ч стать основой для объяснения большинства наблюдаемых в то время химических явлений.

В середине XVIII в. теория флогистона стала подвергаться сомнению. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы вещества в химических процессах и доказал его экспериментально. Он также выдвинул идею, согласно которой при нагревании металл соединяется, как он говорил, с частичками воздуха. Французский химик А. Лавуазье, изучая горение и обжиг металлов, выяснил роль кислорода в этих явлениях, разрушив тем самым теорию флогистона. Он также внес ясность в понятия химического элемента, простого и сложного вещества. Независимо от Ломоносова он экспериментально установил закон сохранения массы в химических реакциях и убедил в нем своих современников-химиков.

В конце XVII - середине XIX в. были открыты стехиомет-рические законы химии о количественных соотношениях между массами веществ, вступающих в химическую реакцию, что придало химии рациональный характер и способствовало подведению экспериментального фундамента под атомно-молекулярную гипотезу, а также позволило сформулировать правила составления химических формул и уравнений. Основными стехиометрическими законами считаются законы Авогадро о пропорциональности между плотностями газов или паров и молекулярными массами, объемных отношений Ж.Л. Гей-Люссака, кратных отношений Дж. Дальтона, эквивалентов И.В. Рихтера и У.Х. Волластона и др. Все эти законы были установлены экспериментально.

Использование количественных измерений, совершенствование химического эксперимента привели к окончательному утверждению атомно-молекулярных представлений о строении вещества. Эти представления утвердились в 1860-х гг., когда A.M. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, показав, что не только состав, но и структура определяют свойства веществ, а Д.И. Менделеев открыл периодический закон. С конца XIX - начала XX в. важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.

На современном этапе развития химии широко привлекается квантовая (волновая) механика для интерпретации и расчета химических параметров веществ и систем веществ; исследования химических процессов доведены до их перехода в предбиологические и биологические; разрабатывается теория химической эволюции; утверждаются факт отсутствия химических индивидов в чистом виде и необходимость описания веществ как составных частей систем веществ; признается неправомерность игнорирования качественных различий микро- и макроформ вещества, характерного для классического атомно-молекулярного учения. В прикладном отношении химия характеризуется активным использованием химических свойств веществ в практической деятельности людей. Причем химическая промышленность относится к числу отраслей, определяющих технический прогресс.

Геология

Геология - комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и Земли:

Люди давно научились находить, добывать и использовать камни, глины, пески, руды ряда металлов, многие минералы, подземные воды. Первые сведения об элементах геологического знания относятся к античности. Эмпедокл выдвигает предположение о том, что внутри Земли находится огненно-жидкая масса, которая является причиной вулканических извержений и горячих источников. Аристотель считал, что Земля находится в состоянии непрерывного развития, и придавал большое значение текучим и подземным водам в изменении поверхности Земли; ему принадлежит одна из первых классификаций минералов и горных пород. Теофраст полагал, что найденные на суше гальки и раковины свидетельствуют о том, что ранее в этих местах существовало море. Размышления о внутренних и внешних процессах, происходящих на Земле, можно встретить у Овидия, Геродота, Страбона и т.д.

В V-XVI вв. многие представления античного времени были отвергнуты. Считалось, что Земля создана в ее современном виде Богом, а событием, изменившим ее облик, признавался всемирный потоп. Центр научных исследований переместился на Восток. В X-XI вв. аль-Бируни и Ибн Сина (Авиценна) включали в круг своих научных интересов геологические явления. Особое внимание уделялось минералогии и горному делу. В середине XVI в. немецкий ученый Г. Агрикола обобщил опыт горно-металлургического производства.

В первой половине XVII в. появляются цельные космогонические гипотезы (Р. Декарт, Г.Ф. Лейбниц), из которых пытались вывести основы геологических знаний (существование горных пород, минералов, слоев, складок, магмы и т.д.). (К числу космогонических разработок, появившихся позже, в XVIII в., относятся гипотезы Ж. Бюффона, И. Канта и П. Лапласа, О.Ю. Шмидта и др.) Земная поверхность, по Декарту, Лейбницу и Н. Стенону, сформировалась в результате обрушения частей земной коры в подземные пустоты; образовавшиеся понижения заливались водой и покрывались осадками. В отличие от них англичанин Р. Гук и итальянец А.Л. Моро полагали, что основная роль в формировании земной поверхности принадлежит внутренним процессам - землетрясениям и вулканическим извержениям. В середине XVII в. норвежский ученый М.П. Эшольт ввел термин "геология". Датчанин Стеной, живший в Италии, сформулировал два принципа, которые и сегодня рассматриваются как основные постулаты: нормальное залегание слоев, возникших в водных бассейнах путем осаждения, создает параллельные горизонтальные границы; слои, находящиеся внизу, возникли раньше верхних слоев. Нарушение нормального залегания вызвано движениями земной коры.

К середине XVIII в. геология сформировалась как специфическая система взглядов, сложился круг геологических задач, и оформилась генетическая направленность исследований, связанная с попытками ответить на вопросы, каким образом возник и развивался тот или иной геологический объект, какие причины обусловили геологические явления. М.В. Ломоносов разделяет факторы изменения земной поверхности на внутренние и внешние, а причиной движений земной коры и вулканизма назвал "подземный жар", который вызывает поднятие толщ горных пород. В.М. Севергин составляет обширные сводки по минералогии и полезным ископаемым России. Шотландский ученый Дж. Геттон считал источником "подземного жара" расплавленные в глубоких недрах массы. История Земли, по Геттону, состоит из повторяющихся циклов: длительные эпохи разрушения материков, сопровождавшиеся отложением продуктов этого разрушения на морском дне, сменяются кратковременным поднятием морского дна, а также внедрением и излиянием вулканических пород. Немецкий ученый А.Г. Вернер придавал гораздо большее значение внешним процессам, прежде всего деятельности воды. Все горные породы он рассматривал как водные осадки. Научное направление Вернера называли нептунизмом (по имени римского бога подводного царства Нептуна), направление Геттона - плутонизмом (по имени греческого бога подземного царства Плутона). Заметим, что уже в Древней Греции некоторые философы считали основной стихией воду, а другие - огонь.

В первой половине XIX в. англичанин У. Смит установил, что возраст осадочных горных пород может сопоставляться по заключенным в них остаткам ископаемых организмов. Это привело к спорам о причинах смены фаун и флор в истории Земли. Ж.Б. Ламарк полагал, что от слоя к слою под влиянием изменения внешней среды постепенно вымирают одни организмы и появляются другие. Напротив, Ж. Кювье обращал внимание на резкие изменения фауны и флоры на границах слоев и объяснял их резкими перестройками в устройстве земной поверхности, приводившими к исчезновению одних видов животных и растений и появлению других. Не признавая превращения одних видов в другие, он выдвигал идею о многократном повторении актов творения живых организмов Богом после каждой геологической катастрофы.

В 1830-е гг. шотландский геолог Ч. Лайель применил метод актуализма, выразив его в формуле "Настоящее есть ключ к познанию прошлого". Он считал, что силы, преобразующие лик Земли, на протяжении ее истории были однообразны по характеру и интенсивности. (Это положение получило название униформизма.) Эти силы действуют медленно и непрерывно, а суммирование таких изменений в течение геологического времени приводит к грандиозным преобразованиям Земли.

В конце XIX - начале XX в. геология превращается в комплексную науку, что связано с введением в нее физико-химических и математических методов исследований. Открытие радиоактивности повлекло за собой создание абсолютной геохронологии: радиоактивные изотопы стали использовать для определения возраста Земли и длительности отдельных периодов. В начале XX в. был предложен ряд гипотез о внутренних причинах формирования земной поверхности. Гипотеза дрейфа материков А. Вегенера (мобилизм) утратила свое значение, и в 1930-1950-е гг. доминирующее положение заняли концепции В.В. Белоусова и голландского ученого Р.В. ван Беммелена, которые исходили из примата вертикальных движений.

С середины XX в. на базе достижений геофизики и морской геологии происходит пересмотр взглядов на внутренние причины формирования земной поверхности, что обусловило возрождение мобилизма. Результатом этих открытий стало появление тектоники литосферных плит. Современные методы исследований позволили детально изучить строение земной коры и выявить неоднородность мантии. Новые возможности открыло

усовершенствование методов изучения химического состава минералов и горных пород. Изучение поверхности Земли из Космоса выявило крупные глубинные структуры в строении земной коры. Исследование других тел Солнечной системы дает материал для суждения о ранних стадиях эволюции Земли. В геологических науках появляются новые направления исследований, связанные с глобальными проблемами человечества: ресурсопользование, экологическая геология и т.п.

Биология

Биология - система наук о живой природе, которая изучает различные проявления жизни.

Древние цивилизации накопили множество сведений о растениях и животных и одомашнили крупный рогатый скот, овец, свиней, собак и др. Египтяне, вавилоняне, индийцы, китайцы достаточно много знали о растениях и животных и применяли эти знания в медицине и сельском хозяйстве.

Античные врачи и философы предприняли первые систематические попытки познания живой природы. Так, Гиппократ дал описание строения человека и животных, а также указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней. Аристотель разделил окружающий мир на четыре царства: неодушевленный мир, мир растений, мир животных и мир человека. Он полагал, что растения и животные, постепенно изменяясь, поднимались вверх по "лестнице природы", побуждаемые внутренним стремлением к более сложной и более совершенной организации. Аристотель выявил основные признаки млекопитающих, дал описание наружных и внутренних органов человека, способов размножения и образа жизни животных и т.д. Теофраст описал 500 видов растений, собрал сведения о строении и размножении многих из них, выявил различия между однодольными и двудольными растениями. Во II в. римский врач Клавдий Гален широко использовал вскрытия млекопитающих для изучения их внутреннего строения. Он дал сравнительно-анатомическое описание человека и обезьяны, сделал ряд важных открытий, касающихся функций головного мозга и нервов.

В средние века накопление биологических знаний диктовалось в основном интересами медицины. Вскрытия человеческого тела были запрещены, преподававшаяся по Галену анатомия была в первую очередь анатомией животных. На Руси сведения о животных и растениях были обобщены в "Поучении Владимира Мономаха" (XI в.). Биологические знания того времени были отражены в энциклопедии XIII в. немецкого философа и теолога Алберта Великого. Великие географические открытия XV - середины XVII в. существенно расширили знания о животных и растениях, накопленный материал требовал осмысления. На рубеже XV-XVI вв. Леонардо да Винчи открыл явление сходства органов, нарисовал многие растения, птиц в полете, описал способ соединения костей в суставах, деятельность сердца и зрительную функцию глаза и т.д. Однако многие его наблюдения стали известны намного позже, когда были расшифрованы записи в его тетрадях. В XVI в. был совершен прорыв в познании анатомии человека. Бельгиец А. Везалий, живший в Италии, начал вскрывать человеческие трупы. Он дал научное описание всех органов и систем человека. В это же время появляются новые работы, посвященные зоологии и ботанике.

В XVII-XVIII вв. в биологию проникают экспериментальные методы. В 1628 г. У. Гарвей на основе количественных измерений и применения законов гидравлики открыл механизм кровообращения. Изобретение микроскопа раздвинуло границы мира живых существ, углубило представление об их строении. Р. Гук обнаружил "клетки" на срезе пробки; А. ван Левенгук начиная с 1673 г. увидел и зарисовал сперматозоиды человека, бактерии, простейших и ядра в клетках крови и т.д. М. Малыпиги увидел капилляры, соединяющие артерии с венами. Одно из главных достижений этой эпохи - создание К. Линнеем в 1735 г. классификации растений и животных. Он вводит четырехчленное таксономическое деление: класс - отряд - род - вид; классифицирует животных на шесть классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые, черви); человека и человекообразных обезьян относит к приматам. Линней последовательно применил бинарную номенклатуру (с использованием двух наименований -родового и видового), которая позволила дать каждой форме животных и растений определенное научное название.

Вместе с тем в это время преобладали умозрительные теории о развитии и свойствах живых существ (самозарождения и др.). Так, в качестве объяснения процессов развития признанием пользовалась теория преформации, согласно которой яйцо (или сперматозоид) содержит все структуры взрослого организма, а развитие сводится к "развертыванию" уже сформированных зачатков. При этом шел спор о том, находятся ли все части зародыша в яйце, а сперматозоиды просто паразиты, обитающие в семенной жидкости, или же все структуры расположены в сперматозоиде, а яйцо - питательная среда для их развития. Противоположное представление о данной проблеме выдвинул в середине XVIII в. К. Вольф. Исследуя развивающееся куриное яйцо, он пришел к выводу, что оно содержит не преформированного зародыша, а только материал, из которого ему предстоит образоваться. Его концепция получила название эпигенетической.

В XIX в. в результате резко возросшего числа изучаемых биологических объектов (новые методы, экспедиции в разные районы Земли и др.) сформировались многие специальные биологические науки. В первой половине XIX в. К.М. Бэр обратил внимание на то, что на ранних стадиях развития строение зародышей очень сходно у всех представителей любой обширной группы (типа) животных. Позднее Э. Геккель по-новому истолковал закон Бэра и назвал его биогенетическим законом, выразив его сущность словами "онтогенез повторяет филогенез", т.е. организмы в процессе индивидуального развития обнаруживают тенденцию проходить ту же последовательность стадий, которую они прошли в ходе своей эволюции. Другое достижение того времени - формулировка Т. Шванном (1839) основных положений об образовании клеток и клеточном строении всех организмов. Крупнейшим завоеванием XIX в. стало эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное в книге "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859), где он вскрыл механизм эволюционного процесса.

В 1865 г. Г. Мендель обнаружил закономерности наследственности, которые впоследствии вместе с мутационной теорией X. Де Фриза легли в основу генетики.

В XX в. была выяснена роль в эволюции мутационного процесса, колебаний численности и изоляции при направленном действии отбора (1920-1930-е гг.). Это позволило в дальнейшем разработать синтетическую теорию эволюции. Установление структуры ДНК американцем Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком (1953) привело к раскрытию генетического кода, дало резкий толчок развитию молекулярной биологии, а позднее генетической инженерии и биотехнологии. К числу крупнейших достижений первой половины XX в. относят создание биогеохимии и учения о биосфере (В.И. Вернадский), биогеоценологии (В.Н. Сукачев), учения об экосистемах (А. Тенсли). На основе этих учений до настоящего времени разрабатывается стратегия взаимоотношений человечества с природой. В. Шелфорд, Ч. Элтон и др. разработали основы экологии - науки о взаимосвязи между организмами и окружающей средой.

Современной биологии свойственно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук. Возникли новые биологические дисциплины на границах смежных наук, во многом в связи с практическими потребностями (радиобиология, космическая биология, физиология труда, социобиология и др.). Для современной биологии характерны две тенденции. С одной стороны, сформировалось представление о различных уровнях организации живой природы: молекулярном, клеточном, организменном, популяционно-видовом. С другой стороны, стремление к целостному познанию живой природы привело к прогрессу наук, изучающих определенные свойства живой природы на всех структурных уровнях ее организации.

География

География - наука, изучающая поверхность Земли, а также облекающие и подстилающие ее слои вещества, которые в совокупности составляют географическую оболочку. Центральным вопросом географии является выяснение взаимоотношений в системе природа - общество.

Зачатки географического знания встречаются у первобытных людей, когда возникают примитивные способы активного приспособления к среде обитания. Требовалось умение находить места, богатые дичью, ягодами и т.д. Значение таких умений возросло после того, как люди занялись скотоводством и земледелием. Возникла необходимость поиска удобных пастбищ и мест, где можно устроить поле. Несколько позднее (в Древнем Вавилоне, Египте и Китае) стимулом накопления географических знаний стали торговля и военные походы. Необходимо было описание новых земель и выяснение сухопутных и морских путей сообщения.

Древние греки и римляне (VI в. до н.э. - IV в. н.э.) во время морских и сухопутных путешествий описывали все, что встречали в пути: население, животных, растения, реки. Завоевание соседних территорий, организация колоний, установление торговых отношений расширяли границы известного мира. Появляются собственно географические идеи: Фалес размышлял о кругообороте воды на Земле; Анаксимен считал, что состояние воздуха определяет погоду; Аристотель выделил как единое целое атмосферу, включив в нее гидросферу, в пределах которой происходит круговорот воды. Парменид и Пифагор высказали идею о шарообразности Земли, Аристотель привел доказательства этого (круглая тень на Луне во время затмения, расширение горизонта при подъеме на гору и др.), а Эратосфен достаточно точно определил размеры Земли. Он же составил карту Земли, нанеся на нее параллели и меридианы, выделил территории с разной продолжительностью дня и т.д. На то, что некоторые участки суши были когда-то морским дном, указывал Стра-бон и другие мыслители античности. Большое количество сведений об Индии, Сахаре собрал и систематизировал Геродот. В это время появляются представления о тепловых поясах Земли.

В средние века многие достижения античности были отвергнуты. Достижения географии в V-XV вв. сводятся к территориальным открытиям. Заметную роль в развитии географии Средневековья сыграли арабы, которые торговали со странами Средиземноморья, Востока и Северной Африки. Ибн Хордабех, Ибн Сина (Авиценна), аль-Бируни и другие арабские ученые сохранили для потомков многие идеи античного мира и внесли большой вклад в страноведческие исследования. Среди путешественников Средневековья следует назвать Марко Поло, который собрал данные о географическом положении отдельных территорий, особенно о восточном побережье Азии. В XII-XV вв. русскими землепроходцами осваивались Европейский Север и Северо-Западная Сибирь. В хрониках и летописях приводятся сведения о землетрясениях, ливнях и крупном граде, бурях, половодьях и т.д.

Интервал с середины XV по середину XVII в. - эпоха Великих географических открытий: открыта Америка (X. Колумб, А. Веспуччи и др.), путь в Индию вокруг Африки (В. да Гама), совершено первое кругосветное путешествие (Ф. Магеллан), положено начало систематическим открытиям в Сибири (Ермак). Значение Великих географических открытий в истории человечества огромно. Они ознаменовали новую эру в исследовании Земли, дали толчок к развитию многих областей естествознания, способствовали интенсификации мировой торговли. Кругосветные путешествия позволили доказать опытным путем шарообразность Земли и представить соотношение суши и Мирового океана. На основе этих открытий были составлены достаточно подробные карты и атласы (Г. Меркатор, А. Ортелий и др.). В России написана "Книга большому чертежу" - описание крупнейшей (несохранившейся) карты России XVII в. С XVII в. русские землепроходцы продвигаются на восток (Е.П. Хабаров, СИ. Дежнёв, В. Беринг и др.); составлена "Чертежная книга Сибири" (СУ. Ремезов).

В XVIII-XIX вв. в Европе и России работали крупные географы. Многое для развития отечественной географии XVIII в. сделали В.Н. Татищев и М.В. Ломоносов. Последний рассмотрел происхождение черноземов, выделил горообразовательные и медленные колебания суши и морского дна, способствовал развитию метеорологии. В конце XVIII в. проведено Генеральное межевание России, описаны все земли, принадлежащие различным землевладельцам; был обобщен огромный фактический материал. Великий философ И. Кант читал курс физической географии в Кенигсбергском университете. Немецкий ученый А. Гумбольдт разработал сравнительно-географический метод; исследовал закономерности зональности в распределении растительности, температур, влажности воздуха и т.д. Немецкий географ К. Риттер предложил метод сравнительного землеведения, объяснял пространственные взаимоотношения между географическими объектами, количественно оценивал географическое положение, конфигурацию стран и областей Земли и т.д. Француз Э. Реклю, подчеркивая взаимосвязь географии и истории, охарактеризовал все страны мира.