Эволюция естественнонаучной картины мира

· как и знание индукционистское (см. выше), гипотеза может иметь вер-бальную (словесную) или символьную (математическую) форму. Гипотеза в виде абстрактной математической модели (системы уравнений, например) есть результат формализации или математического моделирования (см. табл. 2);

· гипотеза подлежит обязательной проверке на подтверждаемость (там же), включающей две взаимоисключающие друг друга процедуры - верификации (подтверждения) и фальсификации (опровержения). Такое же обязательное условие данной проверки - она проводится либо эмпирическими данными опыта (наблюдения) или эксперимента, полученными после выдвижения гипотезы, либо теоретическими следствиями, дедуктивно выводимыми из неё. Если гипотеза проходит подобную проверку, т.е. верифицируется новыми эмпирическими или теоретическими данными, она получает статус закона природы, или принципа (начала). Законом природы в естествознании называется существенная, повторяющаяся и необходимая связь между явлениями реальной действительности. Законы (принципы, начала) формулируются как универсальные суждения. Если гипотеза указанными данными фальсифицируется, она считается опровергнутой, и поиски иной, более приемлемой, продолжаются. Таким образом, гипотеза - продукт теоретического этапа промежуточного характера, поскольку рано или поздно она обязательно квалифицируется описанным выше образом;

· законы в виде математических уравнений или систем уравнений получают математическим доказательством с использованием верифицированных гипотез в качестве исходного материала. Запись законов при-роды на языке математики позволяет радикально повысить их точность, а также логическую и прогностическую силу, т.е. существенно улучшить исполнение наукой своей описательной, объяснительной и прогностической функций соответственно (см. рис. 2). Так, математический вывод Ньютоном эмпирических законов движения планет вокруг Солнца, полученных ранее И. Кеплером, не только подтвердил их правоту, но и привел к идее всемирного тяготения как к причине, объясняющей природу этого движения. Аналогично, математическая обработка Дж. К. Максвеллом эмпирических закономерностей Фарадея, Ампера, Кулона и других блестящих экспериментаторов связала эти данные в единое и непротиворечивое объяснение электрических и магнитных явлений, а также предсказала существование электромагнитных волн и спрогнозировала их свойства. Как известно, обнаружение, спустя десятилетия, Г. Герцем электромагнитных волн полностью подтвердило правоту системы уравнений Максвелла, описывающей их природу;

· мысленный эксперимент как метод получения теоретического знания, применяется, как правило, тогда, когда проблематично или просто невозможно необходимую исходную информацию получить с помощью реальных наблюдений или опытов. Галилей, например, не подвергал кого-либо рискованным испытаниям в виде запрыгивания на движущуюся повозку или, наоборот, спрыгивания с неё на всем ходу - с помощью мысленного эксперимента по переходу из одной инерциальной системы отсчета в другую он сформулировал важнейший закон будущей классической механики - принцип относительности. Такой же прием использовал Эйнштейн, вообразив свободно падающий в поле тяготения лифт и обнаружив при этом, что, находясь внутри такого лифта, никаким образом нельзя определить, движется ускоренно лифт в поле тяготения или он покоится, а поле тяготения при этом исчезает. Результатом такого мысленного эксперимента стал принцип (закон) эквивалентности инерционной и гравитационной масс, положенный в основу общей теории относительности.

Последовательность трансформации видов дедукционистского знания в процессе реализации теоретического этапа показана на рис. 5. Приведем примеры подобной трансформации для упоминавшихся выше конкретных видов эмпирического знания.

Так, объяснение последовательности смены групп родственных химических элементов, а также их числа в каждой из этих групп периодической системы Д.И. Менделеева было дано полвека спустя после ее создания с позиций одного из законов квантовой механики - принципа В. Паули. Согласно ему, электронные оболочки атомов тем устойчивее, чем в бульшей степени число электронов на них соответствует условию наинизшего, т.е. наиболее выгодного энергетического состояния. -

Рис. 5. Последовательность реализации теоретического этапа научного метода

Данное условие выполняется при числе электронов на каждой из их орбит, равной 2n² , где n - номер орбиты (электронной оболочки). Как только число электронов становится больше 2n² , появляется следующая по счету орбиталь атома, поэтому на первой из них может находиться максимум 2 • 1² = 2 электрона, на второй 2 • 2² = 8, на третьей 2 • 3² = 18 и т.д.

Так вот, химические и физические свойства элементов определяются конфигурацией внешней электронной оболочки их атомов, а, точнее, степенью ее отличия от выше описанной оптимальной и, как следствие, наименее затратными, с энергетической точки зрения, путями достижения данного оптимума.

Так, для неона (рис. 6), имеющего две полностью «упакованные» орбитали, условие оптимума выполняется, потому он и инертный, т.е. не вступающий ни в какие химические реакции, газ.

Рис. 6. Систематика заполнения электронных оболочек атомов согласно принципу Паули

Для его соседа слева по периодической системе - фтора (там же) - наименее затратным путем достижения такого же оптимума является, очевидно, «достройка» своей второй орбитали недостающим электроном, что и реализуется с помощью свойств фтора как сильнейшего окислителя (напомним, что окисление - это как раз присоединение окислителем валентных электронов вступающего с ним в данную реакцию вещества). Для натрия, как следующего за неоном элемента (см. рис. 6), наоборот, энергетически выгодно «избавиться» от единственного на третьей орбитали электрона, поскольку присоединить недостающие на ней 17 электронов (там же) невозможно опять же из энергетических соображений.

Именно поэтому натрий «отдает» свой валентный электрон вообще без всякого внешнего воздействия, вступая в противоположную реакцию - восстановления - прямо с атмосферным воздухом, (из-за чего и хранят этот щелочной металл в керосине).

Аналогичным образом, результаты опытов Галилея, сбрасывавшего те-ла разного веса с Пизанской башни (см. выше), были объяснены с позиций закона всемирного тяготения Ньютона - тела падают с одной высоты с одинаковой скоростью, не зависящей от их массы, потому, что последняя есть бесконечно малая величина по сравнению с массой Земли, в силу чего сила притяжения к ней этих тел, эквивалентом которой как раз и выступает скорость их падения, практически одинакова.

Можно привести также пример фальсифицированной (см. рис. 5) гипотезы, а именно, гипотезы теплорода (конец 18 века), согласно которой Вселенная заполнена некой субстанцией, состоящей из элементарных части-чек теплоты, перетекание которых из тела в тело составляет суть процессов нагрева и охлаждения этих тел. На основании такой трактовки данных процессов писались равенства типа «лед + теплород = вода» или «водяной пар - теплород = вода», т.е. явления нагрева и охлаждения трактовались как циркуляция в обе стороны теплорода между телами. Опроверг гипотезу теплорода М.В. Ломоносов, экспериментально доказав, что она противоречит закону сохранения вещества - он помещал металл в герметически закрытый сосуд и взвешивал его до и после нагревания до разных температур. Вес сосуда, измеряемый с максимальной для тех времен точностью, оставался всегда одним и тем же, следовательно, заключил Михаил Васильевич, никакого теплорода, «накачиваемого» в сосуд при его нагреве или «вытекающего» из этого со-суда в процессе его остывания, нет. А температура тела есть мера средней скорости движения его молекул - положение, легшее в основу будущей молекулярно-кинетической теории.

Получением именно теории - совокупности некоторого количества законов (принципов, начал), относящихся к одной области познания - завершается трансформация форм научного знания, показанная на рис. 5. Так, упоминавшийся выше принцип Паули - это один из законов теории, которая называется «квантовая механика», закон всемирного тяготения (там же) входит составной частью в другую теорию - классическую механику. Теория выступает самой совершенной формой научного знания, в которой оно достигает определенной полноты и завершенности, а также приобретает относительно безусловную истинность. Выделенные жирным курсивом качества данной формы теоретического знания призваны обратить внимание на очень важный нюанс - теория считается всеобъемлющей и истинной только до тех пор, пока она в состоянии объяснить эмпирические факты, ставшие известными после её принятия. Если эти факты существующей теории противоречат, возникает необходимость в разработке новой, более совершенной теории в соответствии с алгоритмом, показанном на рис. 5. Так, упоминавшаяся выше квантовая механика появилась только тогда, когда новые факты, касающиеся поведения объектов микромира (атомов и элементарных частиц), не смогли объяснить теории существующие - классическая механика Ньютона и электродинамика Максвелла. Можно также добавить, что тот же Ньютон, исчерпывающе объяснивший с помощью закона всемирного тяготения динамику движения как земных, так и небесных тел, причину и природу гравитации - движущей силы этой динамики - объяснить не смог («Гипотез не измышляю!» - его знаменитая фраза). Это объяснение дал, спустя двести лет, Эйнштейн в общей теории относительности. Подобная цикличность пересмотра содержания и статуса различных форм теоретического знания выступает важнейшей и неотъемлемой чертой процесса познания мира.

Осталось добавить, что помимо приемов (способов) исследования, являющихся атрибутами либо эмпирического, либо теоретического этапов научного метода (см. табл. 2), выделяют еще общенаучные приемы и способы, применяемые на обоих указанных уровнях научного познания. К ним относят анализ - расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства и отношения) в целях их всестороннего изучения, и синтез - соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое.

Действительно, препарировать, т.е. расчленять, можно объекты реальные, исследуя, например, внутреннюю структуру фрагмента живой или неживой природы, а можно также фрагментировать какую-либо часть теоретического знания с целью более детального её изучения. Да и по сущности своей предметы исследования на эмпирическом и теоретическом этапах есть результаты именно анализа - у эмпирического объекта для изучения выделяются только конкретные, а не все его свойства (см. табл. 2), а идеализированный объект - всегда инструмент построения логики такого же конкретного, а не всеобъемлющего теоретического знания (там же).

Точно так же предметом синтеза могут быть эмпирические результаты обособленных исследований, когда, например, опытный образец нового продукта - предмета потребления или технологического оборудования - собирается из инновационных узлов, разработанных разными специалистами - механиками, электронщиками, биотехнологами, программистами и т.д. Что касается синтеза фрагментов теоретического знания, то, по сути, всё содержание одноименного этапа (см. рис. 5) представляет собой как раз переход от локальных ко все более общим его формам.

К общенаучным приемам (способам), строго говоря, следует отнести и эксперимент, поскольку, во-первых, он является инструментом реализации как эмпирического, так и теоретического этапа (см. табл. 2), и, во-вторых, выступает средством подтверждения или неподтверждения достоверности также обоих видов научного знания (процедуры его проверки на воспроизводимость и на подтверждаемость соответственно, там же).

3. История естествознания и тенденции его развития

Как явствует из названия раздела, он четко делится на две взаимосвязанные части - историю развития естествознания, процесса, который шел параллельно с процессом становления нашей цивилизации, и характерные особенности (тенденции) данного развития, присущие ему на всем много-вековом и даже тысячелетнем пути перехода от первобытного (мифологического) познания к научному.

История естествознания разбивается на периоды, различающиеся под-ходом к пониманию природы (типом мышления, соответствующим данному периоду, или господствующей в этот период научной парадигмой, см ниже), причем, в сторону усложнения этого понимания.

Такая логика развития полностью соответствует научному методу (см. предыдущий раздел), поскольку, как также будет показано ниже, от этапа к этапу росло количество и качество эмпирического знания, что неизбежно влекло за собой повышение достоверности знания теоретического за счет усложнения гипотез, законов и теорий (там же), объяснявших реальный мир на том или ином этапе развития естествознания.

Предварительным или донаучным этапом развития естествознания принято считать эпоху неолита - нового каменного века, длившегося, тем не менее, около двух тысячелетий (10-8 тыс. до н.э.).В это период произошла неолитическая революция, смысл которой заключался в переходе от присваивающей экономики к производящей, а конкретно, от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству. Присваивающее хозяйство задавало такой тип отношения человека к природе, при котором он был всего лишь пассивным потребителем её даров, и, по сути, выступал лишь одним из звеньев существовавших в ту эпоху биоценозов. Однако рост численности людей и, как следствие, интенсификация процессов охоты и собирательства (в частности, за счет изобретения лука и стрел) привели в начале периода неолита к значительному повышению антропогенного давления на природу. Так, загонно-облавная охота на крупных животных привела к истреблению многих их видов (мамонта, пещерного медведя, шерстистого носорога и других), а рост потребности в плодах и кореньях съедобных растений - к истощению флоры даже субтропического пояса. Итогом стал первый в истории человечества экологический и экономический кризис, который был преодолен переходом к активному, преобразовательному отношению к природе, давшему простор для развития производительных сил, общественных отношений и новых форм сознания. Созданное в результате неолитической революции производящее хозяйство базировалось на первом (отделение земледелия от скотоводства) и втором (отделение ремесла от земледелия) разделении труда. При этом скотоводство стало продуктивнее охоты в 20 раз, а земледелие производительнее собирательства в 400-600 раз!

Столь значимые экономические успехи, к которым можно добавить возникновение товарного обмена и, как следствие, торговли, совершенствование технологии обработки материалов (камня, меди, железа) и т.д. не дают, тем не менее, основания, считать, как говорилось выше, эпоху неолита этапом в развитии естествознания по следующей причине. Все достижения великих цивилизаций Древнего Востока данного периода - Вавилона, Египта, Индии и других - базировались на разнообразном и, без сомнения, ценном в практическом плане знании об анатомии и физиологии растений и животных, а также на сведениях из области медицины, астрономии, химии и т.д., но только эмпирического характера.

Наука в этот период отождествляется с познавательной деятельностью вообще, когда человек в процессе непосредственной жизнедеятельности начал накапливать и передавать другим знания о мире, причем, как уже говорилось, сугубо с хозяйственными, прагматическими целями. Проблема же объяснения этого мира в эпоху неолита не ставилась. Такое обстоятельство и не позволяет считать науку созна-тельно и целенаправленно организуемой деятельностью, как частью духов-ной культуры общества данного периода.

История естествознания, как именно науки, разбивается на четыре периода (этапа):

- античный (натурфилософский);

- период классического естествознания, он же аналитический, механистический и метафизический этап;

- этап неклассического естествознания, он же синтетический и диалектический период;

- период постнеклассического естествознания, он же эволюционный и современный этап.

Каждому из этих этапов соответствует своя естественнонаучная картина мира - целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях мироздания, возникающая в результате обобщения эмпирического знания (см. раздел 2) и теоретических представлений (гипотез, законов и теорий, там же) различных естественнонаучных дисциплин (физики, химии, биологии и др.) того или иного периода (этапа) их развития на базе соответствующей (соответствующих) данному периоду научной парадигмы (научных парадигм).

Парадигма - это структура знания, сведенного в соответствующую естественнонаучную картину мира, определяющая способность исследователей (ученых) работать в течение того или иного периода в неких рамках, задаваемых господствующим на протяжении данного периода типом научного мышления.

Буквальный смысл этого слова - образец. В нем фиксируется существование особого способа организации научного знания, который подразумевает определенный набор предписаний, задающих характер видения мира, а значит, влияющих на выбор направлений его исследования. Парадигма содержит также и общепринятые образцы решения конкретных проблем.

Парадигмальное знание не является чисто теоретическим (хотя его яд-ром служит, как правило, та или иная конкретная, существующая научная теория), поскольку не выполняет непосредственно объяснительной функции, а дает некую систему отсчета, т.е. является предварительным условием и предпосылкой построения и обоснования будущих таких теорий. Парадигма определяет тип мышления (см. выше), дух и стиль научных исследований, её составляют признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу.

Содержание научной парадигмы отражено в учебниках и фундаментальных трудах крупнейших ученых, а её основные идеи проникают и в массовое сознание. Для научного сообщества она на долгие годы определяет круг проблем, привлекающих внимание ученых, является своеобразным официальным подтверждением подлинной «научности» их занятий. Как видно из сказанного выше и как будет показано ниже, в рамках одной естественно-научной картины мира может быть более одной научной парадигмы. Смена же парадигм есть не что иное, как научная революция, заключающаяся, как опять же будет показано далее, в переходе от одного периода развития естествознания к другому его этапу.

Античный этап истории естествознания. Имеет хронологические рамки: 8 в. до н.э. (начало эпохи античности, Греция) - 5 в. н.э. (конец Западной Римской империи) и представляет собой попытку объяснить мир, как единое целое с позиций натурфилософии (отсюда второе название этапа, см. выше) - исторически первой формы философского знания, философии природы, учения о природе в её целостности в рамках первого же рационального типа мышления - натурфилософского или созерцательного.

Не столько по географическим названиям возникавших в течение античного этапа центров научных знаний, сколько по возраставшей в хронологическом порядке сложности (см. выше), а, следовательно, и достоверности этих знаний, данный этап принято делить на четыре периода внутри него - ионийский (милетский), афинский, александрийский и древнеримский.

Так, первые представители ионийской или милетской школы (7-5 в. до н.э.) началом (первоэлементом) всего сущего - космоса (в переводе с греческого, «порядок», «гармония»), частью которого является и человек - считали либо конкретную природную стихию - воду (Фалес), воздух (Анаксимен) или огонь (Гераклит) - либо некую туманную и качественно неопределяемую субстанцию «апейрон» (Анаксимандр). Их ученики полагали мир уже более сложной комбинацией, а именно, четырех (земля, вода, воздух, огонь - Эмпедокл), или пяти (плюс эфир, пифагорейская школа) бесконечных и вечных стихий или элементов.

В рамках афинского периода (5-4 в. до н.э.) на смену концепции милетских «стихий», как первоначала мира, приходит идея атомистического строения материи Левкиппа - Демокрита. Согласно ей, атомы (греч. atomos - неделимый) составляют материальную основу Вселенной. Атомы вечны, и Вселенная, состоящая из атомов и пустоты между ними, также вечна и бесконечна.

Атомы находятся в непрерывном движении, перемещаются в пространстве. Их различия по размерам, форме и положению обуславливают разные свойства образованных из атомов тел. Атомы недоступны для человеческого восприятия. Все предметы материального мира образуются из атомов, как из букв слова.

Концепция атомизма являет собой первый переход от континуального (базирующегося на непрерывности первичных «стихий») пони-мания материи к её дискретному, т.е. прерывистому пониманию, но, как будет показано ниже, не последний и не только в таком направлении.

Вершиной не только афинского периода, но и всего античного этапа является картина мира Аристотеля, или, что совершенно логично, античная картина мира.

Именем же именно этого древнегреческого мыслителя она названа потому, что имеет своей научной парадигмой аристотелевскую динамику - его учение о движении тел в пространстве.

Тела (вещи), по Аристотелю - это соединение материи и формы («Материя формируется, форма материализуется» - приписываемая ему образная трактовка данного тезиса). При этом материя данной вещи является, в свою очередь, формой для материи тех элементов, из которых эта вещь состоит.

Переходя таким образом вглубь вещества, к все более простым телам (подобно тому, как, например, идут от здания к кирпичам, из которых оно сложено, от кирпичей к составу глины, из которой они изготовлены, от глины к названиям и количеству образующих её химических соединений, от формул этих соединений к входящим в них химическим элементам и т.д.), приходят к некой абстрактной «первоматерии».

Первоматерия лишена всякой формы, всяких свойств и качеств, это субстанция, не имеющая, подобно анаксимандровскому апейрону (см. выше), никакой определенности. Но, соединяясь с простейшими формами (рис. 7), она образует первоэлементы (там же), из которых состоят все тела. Первоэлементы в мире расположены в определенном порядке, который задает структуру Вселенной (космоса).

В её центре находится первоэлемент земли, который образует нашу планету. Земля - центр Вселенной, она неподвижна и имеет сферическую форму. Вокруг Земли распределена вода, затем воздух, далее огонь. Огонь простирается до орбиты Луны - первого небесного тела, выше которого расположен надлунный, божественный мир.

В этом мире (небе) иные тела - небесные - состоят уже из другого, пятого первоэлемента - эфира (эту категорию Аристотель заимствует у пифагорейцев, других представителей той же милетской школы, см. выше), который, в отличие от выше указанных четырех земных, неизменен, то есть не может переходить в другие первоэлементы.

Рис. 7. Иерархия материальных систем по Аристотелю

В божественном, надлунном небе существует лишь один вид движения - равномерное непрерывное круговое движение небесных тел. Они вращаются вокруг Земли по круговым орбитам, будучи прикрепленными к материальным, сделанным из эфира, вращающимся сферам. По степени удаления от Земли расположены друг за другом сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и сфера неподвижных звезд. За последней находится перводвигатель - Бог, который придает движение подвижным сферам. Это движение - наиболее совершенное, потому что у него нет ни начала, ни конца, оно вечно и неизменно.

Движение в подлунном, земном мире, наоборот, несовершенно, поскольку подвержено изменениям, а также имеет начало и конец. Движения земных тел бывают естественными и насильственными. Естественное движение - это движение тела к своему месту, например, тяжелого тела, состоящего из первоэлементов земли и (или) воды, вниз, а легкого, образованного первоэлементами воздуха и (или) огня - вверх. Естественное движение про-исходит само собой, оно не требует приложения силы. Все остальные движения на Земле - насильственные, требующие применения силы. «Всё, что находится в движении, движется, благодаря воздействию другого тела» - основной принцип динамики Аристотеля.

Велики заслуги этого мыслителя и в других областях знания - он творец формальной логики (теории умозаключений, учения о доказательстве, действенном и поныне), создатель первой в истории науки классификации живых организмов. Насколько значим вклад Аристотеля, например, в биологию, можно судить по словам Дарвина, который говорил: «Линней и Кювье были моими богами, но все они только дети по сравнению со стариной Аристотелем».

Однако все это меркнет перед созданной им античной картиной мира - первой трактовкой мироздания в целом, базирующейся пока не на математической, а на словесной логике, но настолько безукоризненной, что эта картина просуществовала более двух (!) тысяч лет, и только в 18 веке уступи-ла место картине мира Ньютона. Неверна - не значит, ненаучна - вот её главный смысл. С одной стороны, картина мира Аристотеля принципиально отличается от современной естественнонаучной картины мира - она, к при-меру, базируется только на континуальной концепции, отвергая атомизм (дискретное понимание этого же мира). «Природа не терпит пустоты» - высказывание Аристотеля, прямо противоположное взглядам того же Демокрита. Но с другой стороны, она, что совершенно невероятно, предвосхитила некоторые сложнейшие представления современной физики. Так, по Аристотелю, звезды - это бестелесные, нематериальные тела, поэтому сфера звезд не имеет пустоты, поскольку пространство всегда полностью заполнено материей. Там, где нет материи, нет и пространства, утверждает Аристотель, а данная мысль не что иное, как принципиальное положение общей теории относительности (начало 20 века!) - что геометрия пространства образована массами и их скоростями (Эйнштейн). Зависимость свойств пространства от скорости движения тел в нем Аристотель, кстати, тоже допускал.

Последние два периода античного этапа имеют общее отличие от выше рассмотренных первых двух, заключающееся в том, что с них начинается постепенная и пока что лишь частичная «математизация» аристотелевской, т.е. в целом по-прежнему философской картины мира. Использование математики в качестве нового «языка» науки, как уже не раз иллюстрировалось выше, существенно повышало эффективность последней при решении теоретических и, что особенно важно, уже и прикладных задач. Так, с александрийским периодом (4-3 в. до н.э.) связаны имена и достижения именно математиков. Это, с одной стороны, математик-теоретик Евклид, создатель геометрии как единого и цельного учения.

Современные учебники, по сути, до сих пор пересказывают его великий труд «Начала», состоящий из 13 книг, каждая из которых построена по единой логической схеме. Влияние «Начал» испытали на себе практически все крупнейшие ученые мира. Эйнштейн считал, что «это произведение мысли дало человечеству уверенность в себе». С другой - это математик-практик, а, точнее, изобретатель-механик Архимед, который открыл правило рычага и закон плавучести тел, изобрел червячную передачу, построил планетарий, считавшийся вершиной точной механики тех лет. Участвуя во время Пунических войн в обороне Сиракуз от римлян, Архимед построил машины, которые позволяли сыпать на осаждавших камни и стрелы весом до 500 кг, а также захватывать, поднимать в воздух и топить кормою суда. При помощи зеркал ему удалось зажечь римские корабли, сфокусировав излучение Солнца. Сомневаясь в такой возможности, греческие физики провели в 1973 году эксперимент, который дал в принципе положительный результат.

Завершает античный этап развития естествознания древнеримский период (1 в. до н.э.-2 в. н.э.) и его наиболее значимое достижение - универсальная математическая теория астрономических явлений Птолемея. Она позволяла просчитывать траекторию видимого движения известных в то время планет с высокой даже по нынешним меркам точностью (погрешность менее 10') и базировалась на аристотелевских представлениях о центральном положении Земли во Вселенной, круговом характере движений небесных тел и т.д. (см. выше). Именно поэтому геоцентрическую систему Вселенной Аристотеля, математически строго обоснованную Птолемеем, иногда называют ещё Аристотелево-Птолемеевской системой и считают ядром первой естественнонаучной картины мира.

Итогом античного этапа развития естествознания следует считать возникновение науки как обособленной сферы духовной культуры. Появляется такая же особая группа людей, специализирующаяся на получении новых знаний. Эти знания впервые сводятся в систему - философскую картину мира в целом, поскольку пока естественные науки являются частью натурфилософии (философии природы), в силу чего ученые античного периода были энциклопедистами, т.е. носителями как гуманитарного, так и естественнонаучного знания. Наука спорадически демонстрирует свои возможности практического использования, но перспективы коммерциализации научного знания обществу ещё непонятны и поэтому не востребованы.

Период классического естествознания. Датируется: 15 век - первая половина 19 века. При сравнении с хронологическими рамками предыдущего периода возникает резонный вопрос - почему отрезок времени в тысячу лет (см. выше) не относим ни к античному, ни к механистическому этапам развития естествознания? Если обобщить мнения историков науки, ответ может выглядеть так. Эпоха Средневековья (а именно она занимает данное тысячелетие) считается «темным временем», когда в результате деградации и упадка античного мира возобладали религиозные взгляды на ученость и образование. В данный период не было значительных прорывов в науке, однако вновь возникшие мировые религии - христианство и ислам - сохранили письменные памятники античной цивилизации. Высокий интеллектуальный потенциал и большой объем знаний последней позволили науке сначала выжить, а затем начать новый подъем.

Период классического естествознания начинается с ломки старых, аристотелевских представлений об устройстве мира. Это, прежде всего, гелиоцентрическая система Коперника, заменившая ядро предыдущей, натурфилософской картины мира - геоцентрическую систему Птолемея. Мировоззрен-ческая значимость коперниканизма в том, что он «отменил» центральное положение Земли, как центра мироустройства, сделав её одной из периферий-ных, то есть неглавных и неуникальных планет Солнечной системы. На обелиске Копернику в Польше надпись: «Остановившему Солнце, сдвинувшему Землю». Ещё более радикальный вывод в плане развенчивания антропоцентризма (см. раздел 1) из теории Коперника сделал Джордано Бруно, провозгласив тождество Солнца и остальных звезд, а, следовательно, множественность «солнечных систем» в бесконечной Вселенной. Именно Бруно при-надлежит первый и достаточно четкий эскиз картины вечной, никем не сотворенной, вещественной, единой и безграничной Вселенной с бесконечным числом очагов Разума в ней. В свете учения Бруно теория Коперника снижает свой ранг - она оказывается не теорией Вселенной, а теорией лишь одной из множества населяющих её планетных систем, и, скорее всего (вот он, наиболее болезненный удар по самолюбию человека!), не самой выдающейся такой системы. Поэтому, если за первый, не столь обидный для нашей мании величия урон, Коперник заплатил двухсотлетним запретом на издание своих трудов, то за свое, более сокрушительное развенчание наших иллюзий, Джордано Бруно расплатился жизнью. Вот уж действительно, «тьмы низких истин нам дороже нас возвышающий обман». Сейчас, на Площади Цветов в Риме, где он был казнен, стоит памятник ему с посвящением, начинающимся словами: «От столетия, которое он предвидел …».

Разгром аристотелевской физики довершили Галилей и Кеплер. Первый заменил старый, натурфилософский способ исследования природы экспериментом как средством проверки на подтверждаемость (см. раздел 2) гипотез и теорий, создав тем самым собственно научный метод, как сочетание эмпирического и теоретического этапов (там же). С его помощью Гали-лей, например, доказал, что естественные, по Аристотелю, движения тел вверх или вниз (см. выше) обусловлены соотношением удельных весов тела и среды, в которой оно движется, что движение тела не прекращается, если, как полагал Аристотель, на него перестает действовать внешняя сила (принцип инерции, в последствии он же - первый закон Ньютона) и т.д.

Если Галилей заложил основы новой механики движения земных тел, то Иоганн Кеплер сделал это по отношению к телам небесным с той лишь разницей, что базой для формулировки и подтверждения законов движения планет ему послужили данные не эксперимента, конечно, а наблюдений. Значение открытых Кеплером законов заключается в том, что они, как и законы движения земных тел, имеют объективный характер и являются частными случаями одного и того же вида движения - механического.

Наибольший вклад в создание классического естествознания внес Исаак Ньютон. Он разработал основы классической механики - парадигмы второй, уже ньютоновской естественнонаучной картины мира, суть которой сводится к следующим положениям:

· мир состоит из вещественных (земных и небесных) тел, движущихся в трехмерном пространстве под действием силы тяжести. Время - четвертая координата движения тел, независимая от их пространственных координат;

· движением как земных, так и небесных материальных тел управляют три закона динамики Ньютона, позволяющие математически строго и сколь угодно точно рассчитывать параметры этого движения;

· уравнения динамики Ньютона обратимы во времени, т.е. для них без-различно, в каком направлении - в будущее или в прошлое - производится расчет параметров движения тел;

· это движение носит жестко детерминированный характер, когда точность и однозначность определения параметров движения тела или совокупности тел (механической системы) целиком и полностью определяются его или её предыдущим состоянием соответственно (лапласовский детерминизм). Случайность целиком исключается из природы. Весь мир превращается в грандиозную машину (будильник, по выражению того же Пьера Симона Лапласа), в котором всё предопределено навсегда;

· задача описания состояния материальных систем, не поддающихся непосредственному эмпирическому изучению (например, совокупности небесных тел), решается с помощью идеализированного объекта (см. раз-дел 2), представляющего собой совокупность материальных точек, параметры движения которых определяются с помощью специального аппарата математического моделирования поведения отдельно взятых фрагментов реального мира - анализа бесконечно малых (дифференциального и интегрального счисления Ньютона - Лейбница);

· такого рода подход допускает изучение данного мира (природы) по частям, когда подлежащий эмпирическому и/или теоретическому исследованию природный объект рассматривается вне его связей с остальными фрагментами этой природы, как единого целого. С таким обстоятельством связано возникновение нового, свойственного именно картине мира Ньютона, метафизического типа мышления, отрицающего идеи всеобщей связи и развития. Приставка «мета» в переводе с греческого означает «за», то есть в нашем случае «за пределами физики», потому что, как будет показано ниже, физика действительно не может игнорировать такие очевидные свойства реального мира, как его целостность и развитие;

· в рамках же рассматриваемого этапа развития естествознания указанный выше господствующий тип мышления обусловил механистический характер классической науки. Механистицизмом принято называть философскую (именно поэтому механистическую, а не механическую!) тенденцию сведения (редукции) всех видов движения материи к его простейшей форме - механическому перемещению тел под воздействием силы тяжести. Примером механистического толкования сути иных, а не только вещественных природных объектов, является корпускулярная теория света того же Ньютона. Поэтому его естественнонаучную картину мира принято называть еще механистической.

Общественная значимость периода классического естествознания заключается в том, что именно благодаря ему произошло становление капитализма, как техногенной, в отличие от всех предыдущих, цивилизации. Признаваемая сейчас всеми главная заслуга капитализма состоит в том, что он сделал труд ручной трудом машинным, увеличив тем самым в десятки и даже в сотни раз его производительность и качество. Естественный в связи с этим вопрос - как ему это удалось? Ответ очевиден - за счет коммерциализации знаний первой, по-настоящему научной, т.е. оперирующей языком математики (см. раздел 1), теории - классической механики, которая позволяла создавать (проектировать, рассчитывать и изготавливать) орудия труда с любым, в зависимости от хозяйственной (экономической) надобности, рабочим движением исполнительного органа, преобразующего предмет труда. Базирующиеся на трех законах Ньютона прикладные науки - техническая механика, баллистика, небесная механика, механика сплошных сред и др. - успешно выполнили свои управленческие и производственные функции (там же) соответственно в промышленности, военном деле, навигации, воздухоплавании, гидравлике и т.д.

Наука, как отдельная сфера труда, превратилась из познавательной деятельности в источник получения прибыли от коммерциализации её продукта - знания.

Вторым «подарком» рассматриваемого этапа капитализму, благодаря которому он стал тем, кем стал, была теория и схема работы теплового двигателя, продукт еще одной естественнонаучной теории данного периода - классической термодинамики, изучающей явления передачи, распространения и превращения тепла. Если механика Ньютона - это трансмиссия (кинематика) машины (орудия труда), то классическая термодинамика - это привод (динамика) данного средства производства. Теория и схема работы теплового двигателя позволили создать первое его поколение - паровые машины, которые обеспечивали энергией первые паровозы, колесные пароходы, ткацкие станки и другие рабочие машины. При этом парадигме естественнонаучной картины мира второго этапа классическая термодинамика не соответствовала, поскольку сначала опиралась на иную (континуальную) концепцию теплорода (см. раздел 2), а затем вообще отвергла попытки объяснить тепловые процессы с позиций механики (взять, например, принцип обратимости времени - его неприменимость к тепловым явлениям очевидна даже из житейского опыта). Но подобная локальная противоречивость является, как будет показано ниже, неотъемлемой чертой любой естественнонаучной картины мира, поскольку та, будучи новой, с одной стороны, всегда разрешает противоречия картины предыдущей, а с другой, обязательно ставит новые проблемы, которые призвана будет решить следующая её редакция. Одним словом, как в той песне - «… а точка усмехнулась, и стала запятой».

В полном соответствии с такой особенностью и сама классическая механика, как господствующая научная парадигма второго периода развития естествознания, не давала ответы на все вопросы, возникающие при трактовке мира с позиций этой теории. Так, тот же Лаплас, очень метко и образно сравнивший мир по Ньютону с гигантским часовым механизмом (см. выше), все детали которого упорядоченно и предсказуемо двигаются в строгом соответствии с его конструкцией, определяемой массами и скоростями этих дета-лей, потом, обращаясь к Ньютону, довольно ехидно вопрошал: «Но где же часовщик, который этот будильник собрал и завёл?». Действительно, опять «детский», и потому самый трудный вопрос - кто такой заботливый «разогнал» менее массивные тела по их орбитам движения вокруг тел более тяжелых, как центров тяготения (Луну вокруг Земли, Землю и другие планеты во-круг Солнца и т.д.), с таким точным расчетом, чтобы сила притяжения мел-ких тел крупными уравновешивалась разгоном первых относительно вторых, и тела менее массивные свободно, не чувствуя своего веса, миллионы лет падали в гравитационном поле своих центров тяготения, обеспечивая динамическую устойчивость материальных систем, населяющих Вселенную?

Ньютон, как известно, ответить на данный вопрос не смог и поэтому вынужден был допустить некий «первый толчок» божественного происхождения, благодаря которому и «закрутилась» вся небесная механика (Бог в науке, вообще, всегда был «крайним» - всё, что она не могла в какой-то период времени объяснить, валила на него). Спустя два века вся эта мистика была опровергнута, «часовщиком» оказался, конечно же, вовсе не Бог, а конкретный и доказательно объясненный, в соответствии с комментируемой особенностью взаимосвязи разных картин мира, на следующем этапе развития науки процесс эволюции материи.

Этап неклассического естествознания. Второй этап развития естествознания, как было показано выше, завершился созданием последней составляющей классической физики - классической термодинамики. На очереди стояли учения об электричестве и магнетизме, которые, казалось бы, должны были получить понимание также с позиций метафизического типа мышления. Однако события пошли по сценарию, схожему с логикой формирования классического естествознания. Как работы Коперника, Бруно, Галилея и Кеплера «расчистили место» под создание новой картины мира (см. выше), так и познание тайн электромагнетизма положило начало крушению метафизического естествознания. Опираясь на впервые выдвинутую физиком-экспериментатором Майклом Фарадеем идею поля, другой физик, теоретик Джеймс Клерк Максвелл разработал новую естественнонаучную теорию - электродинамику, обосновывающую существование электромагнитного поля как иной, ничего общего не имею-щей с веществом, а, следовательно, и не подчиняющейся законам механики, формы материи.

В итоге механистическая картина мира утратила статус общенаучной, поскольку появилась альтернативная ей электромагнитная картина мира. В качестве принципиально разных положений, на которых базируются данные картины мира, можно указать следующие:

· согласно Ньютону, материя - это вещество, т.е. дискретная совокупность частиц или корпускул (от лат. corpuscular - частица), причем данный термин толкуется расширительно - от атома до небесного те-ла. По Максвеллу же материя представляет собой непрерывное поле, или континуум (от лат. continuum - неразрывное, связанное единство чего-либо). Отсюда термины «корпускулярная, или вещественная» и «континуальная, или полевая» концепции описания природы;

· гравитационное притяжение тел друг к другу осуществляется через пустоту мгновенно, электромагнитное же поле само выступает материальным посредником при своем распространении с конечной скоростью, равной скорости света. Принято считать в силу этого, что гравитационное взаимодействие подчиняется принципу дальнодействия, а электромагнитное взаимодействие - принципу близкодействия.

Но были и общие, свойственные обеим картинам мира положения, такие, как однозначность причинно-следственных связей и понимание случайности, как неполноты имеющихся знаний.

Второй причиной крушения метафизического естествознания стали великие открытия в физике рубежа 19-20 веков:

ь рентгеновских лучей (немец В.К. Рентген, 1895 г.);

ь электрона (англичанин Дж. Дж. Томсон, 1895 г.);

ь естественной радиоактивности (француз А. Беккерель, 1896 г.).

Эти и другие открытия данного периода не могли быть объяснимы с позиций классического естествознания. Возник, по выражению А. Пуанкаре, «кризис физики», когда казавшиеся незыблемыми фундаментальные принципы существующей научной парадигмы - закон сохранения массы, закон сохранения энергии и другие - стали ставиться под сомнение. Действительно, в соответствии, например, с принципами классической механики, электроны, согласно планетарной модели атома Э. Резерфорда, обращающиеся вокруг его ядра по своим орбитам, как планеты вокруг Солнца, должны рано или поздно исчерпать неведомо кем, опять же, приданный им импульс, и упасть на ядро, тем самым разрушив атом - а они не падают, и атомы очень устойчивы во времени. Не лучше дела и у электродинамики Максвелла - электроны, движущиеся по своим орбитам, согласно ей обязаны, как имеющие заряд частицы, излучать электромагнитные волны. Излучение должно сопровождаться потерей энергии и таким же, как у Ньютона, неминуемым исходом - падением электрона на ядро атома. Но атомы не только устойчивы, но и нейтральны, то есть не излучают никаких волн.

Правда, есть элементы, атомы которых испускают энергию (естественная радиоактивность), но от этого не легче - откуда в столь крошечных материальных объектах такое её количество, когда энергия выделяется непрерывно в течение суток, месяцев и даже лет в объеме, несоизмеримом, например, со сжиганием органического топлива (один килограмм делящегося вещества дает энергии в миллионы (!) раз больше, чем такое же количество углеводородного сырья)?

В итоге возникла ситуация, о которой, как о неотъемлемой черте научного познания, уже не раз говорилось выше - парадигма классического естествознания себя исчерпала, и необходимо было создавать новую, как основу такой же новой естественнонаучной картины мира.

С учетом длительности кризиса физики и времени его преодоления временными рамками этапа неклассического естествознания принято считать вторую половину 19 века - первую половину 20 века. Принципиально отличным от метафизики и главным моментом его новой научной парадигмы стала идея всеобщей связи или диалектический тип мышления. Теоретическую же её (парадигмы) основу составили теория относительности и квантовая механика. Первую можно квалифицировать как новую общую теорию пространства, времени и тяготения. Вторая обнаружила вероятностный характер законов поведения материи и принципиально присущую ей тоже новую, а именно, двуединую - корпускулярно-волновую - сущность. Изменения, которые в результате данной очередной смены научной парадигмы претерпела естественнонаучная картина мира и сам способ её построения, состояли в следующем:

o в новой картине мира познанные частные фрагменты природы были синтезированы в единое целое. Так, две считавшиеся отдельно существующими и не переходящими друг в друга формы материи - вещество и поле - оказались единой материей (гипотеза корпускулярно-волнового дуализма, Луи де Бройль, 1924 г.), имеющей в качестве главной во всех уровнях её организации черты, дискретность строения. Именно квантовая гипотеза (М. Планк, 1900 г.), провозглашавшая наряду с атомизмом вещества атомизм энергии (взаимодействия), т.е. дискретный (квантовый) характер излучения, была началом отказа от представлений классической физики и началом формирования неклассического естествознания, или квантово-полевой картины мира;

o впервые за всю историю естествознания новый, диалектический тип мышления возобладал не только в физике, но и в других его областях. Так, в химии, периодическая система элементов Д.И. Менделеева объяснила именно общие закономерности изменения их физических и химических свойств, а в биологии генетика Менделя обосновала такие же общие законы наследственности и изменчивости;