Концепции современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Научное естествознание, будучи сложнейшей совокупностью наук о природе, является одним из важнейших достижений человечества. Выработанные в процессе длительной эволюции способы, методы и приемы познания позволяют овладеть современной естественнонаучной картиной мира, синтезировать в единое целое так называемые гуманитарную и естественнонаучную культуры. К первой относятся философия, история, литература, искусство, религия... Ко второй - физика, химия, биология, география...

Одной из основных проблем, с которыми приходится иметь дело любому человеку на протяжении всей жизни, является проблема взаимопонимания. Оказывается чрезвычайно сложным поставить себя на место другого человека, понять ход его мысли, понять его ассоциации. Поэтому неслучайным является включение гуманитарных дисциплин в программы естественнонаучных и технических ВУЗов, поэтому так же важно сообщить гуманитариям основные сведения из естественных наук, показать, что привлекает внимание "естественников" и дать понять особенности хода мысли этих "естественников", основанного на концепциях современного естествознания. естествознание мир вселенная материя

Усвоение, даже в общем виде, основных принципов и методов исследования, применяемых в современном естествознании, дает возможность формировать у будущих специалистов естественнонаучный способ мышления. Целостное мировоззрение. Что поможет им лучше овладеть профессией.

Многие исследования в области естествознания приобретают значение общенаучных и широко применяются в общественных и гуманитарных областях знаний. Основы универсального эволюционизма, системного метода, синергетики, иерархичности, антропогенного и других принципов исследования способствуют более эффективному их изучению.

Картина мира, рисуемая современным естествознанием, необыкновенно сложна и проста одновременно. Сложна, так как включает в себя не согласующиеся со здравым смыслом классических научных представлений идеи корпускулярно-волнового дуализма квантовых объектов, внутренней структуры вакуума, виртуальных частиц и др.

Проста, по ведущим построениям и организации современного научного знания (системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность).

Так, эффект системности обнаруживается в появлении у целостной системы новых свойств, возникающих в результате взаимодействия ее элементов (атомы водорода и кислорода после объединения образуют молекулы воды с совершенно иными свойствами). Другой важной характеристикой системной организации является иерархичность, субординация - последовательное включение систем нижних уровней в системы все более высоких уровней.

Системный способ объединения элементов любой системы выражает их принципиальное единство: каждый элемент любой системы связан со всеми элементами всех возможных систем ( например, человек - биосфера - планета Земля - Солнечная система - галактика и т.д.). В связи с этим особую актуальность приобретает проблема соотношения части и целого.

Всякая система характеризуется особыми целостными, интегративными свойствами, которых нет у ее компонентов. Отсюда попытки понять целое путем сведения его к анализу частей оказываются несостоятельными, так как игнорируется синтез, который играет решающую роль в возникновении системы. Наиболее актуальными эти вопросы становятся при рассмотрении социальных систем, внутреннего духовного мира человека.

Понимание места и роли человека в целостном процессе развития общества, влияния общества на разных уровнях своей иерархии на формирование самого человека, учет особенностей всех взаимосвязей, использование современных научных методов, позволяет молодым специалистам правильно и продуктивно применять свои знания при решении профессиональных задач.

Поскольку современное естествознание носит плюралистический характер, поскольку искать абсолютные истины и применять категорические суждения в науке - дело и бесполезное, и вредное. Естествознание стремится отразить объективные особенности развивающегося мира, незавершенность и открытость процесса решения проблем современности.

1. МЕТОДОЛОГИЯ НАУКИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

1.1 Классификация наук по предмету исследования. Содержание понятия естествознания

По предмету исследования все науки делятся на естественные, гуманитарные и технические.

Рис. 1. Классификация наук

Естественные науки изучают явления, процессы и объекты материального мира. Этот мир иногда называется внешним миром. К данным наукам относятся физика, химия, геология, биология, астрономия и другие. Естественные науки изучают и человека как материальное, биологическое существо.

Естествознание -- это наука о Природе как единой целостности.

Естествознание -- это совокупность наук о Природе, рассматриваемых как единое целое.

Естествознание является важнейшим разделом современной науки. Единство, целостность естествознанию придает лежащий в основе всех естественных наук естественнонаучный метод.

Гуманитарные науки -- это науки, изучающие законы развития общества и человека как социального, духовного существа. К ним относятся история, право, экономика и другие аналогичные науки. В отличие, например, от биологии, где человек рассматривается как биологический вид, в гуманитарных науках речь идет о человеке как творческом, духовном существе.

Технические науки -- это знания, которые необходимы человеку для создания так называемой «второй природы», мира зданий, сооружений, коммуникаций, искусственных источников энергии и т. д. К техническим наукам относятся космонавтика, электроника, энергетика и ряд других аналогичных наук. В технических науках в большей степени проявляется взаимосвязь естествознания и гуманитарных наук. Создаваемые на основе знаний технических наук системы учитывают знания из области гуманитарных и естественных наук. Во всех науках, о которых говорилось выше, наблюдается специализация и интеграция. Специализация характеризует глубокое изучение отдельных сторон, свойств исследуемого объекта, явления, процесса. Например, юрист может посвятить всю свою жизнь исследованию проблем развития уголовного права. Интеграция характеризует процесс объединения специализированных знаний из различных научных дисциплин. Сегодня наблюдается общий процесс интеграции естествознания.

1.2 Природа, как единый объект исследования естествознания

Естествознание традиционно подразделяют на физику, химию, биологию, астрономию, геологию и др. Физики имеют дело не только со всевозможными материальными телами, но и с материей вообще. Химия изучает различные вещества. Предмет исследования биологии - живые организмы. Астрономия - наука о Вселенной. Она изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие. Важнейшими разделами астрономии являются космология и космогония.

Физика, химия, биология как важнейшие части естествознания отличаются друг от друга по изучаемым формам движения материи (физической, химической, биологической).

Следует отметить, что такое деление условно. Дело в том, что сама Природа едина, она не знает наук, изобретенных человечеством для ее познания. Очень часто в центре исследования самых разнообразных естественных наук стоит всего одно какое-нибудь природное явление, которое изучается с разных точек зрения, с позиций разных естественных наук. Каждая из наук может «поставлять» лишь часть специальных знаний об изучаемом сложном явлении. Истинное же знание об изучаемом предмете как едином целом может быть получено при объединении этих специальных представлений, поиске точек пересечения разных наук, установления взаимосвязи между отдельными открытиями и поиске первоначальных причин явления.

Единство объектов исследования приводит к тому, что появляются новые междисциплинарные науки. Междисциплинарные науки это новые науки, стоящие на стыке нескольких традиционных естественных наук. Среди них - биофизика, физическая химия, физико-химическая биология, геохимия и т.д

1.3 Тенденции развития современного естествознания

Интеграция науки, появление новых смежных дисциплин в естествознании - все это знаменует собой нынешний этап развития науки. С точки зрения истории науки человечество в своем познании Природы прошло три стадии и вступает в четвертую.

На первой из них сформировались общие представления об окружающем мире как о чем-то целом, едином. Появилась так называемая натурфилософия, которая была вместилищем идей и догадок. Так продолжалось до XV столетия.

С XV-XVI веков началась аналитическая стадия, т.е. расчленение и выделение частностей, приведших к возникновению и развитию физики, химии и биологии, а также целого ряда других, более частных естественных наук.

Наконец, в настоящее время делаются попытки обосновать принципиальную целостность всего естествознания и ответить на вопрос: почему именно физика, химия, биология и психология стали основными и как бы самостоятельными разделами науки о Природе?

Происходит также и дифференциация науки, т.е. создание узких областей какой-либо науки, однако, общая тенденция, характерная для современного естествознания, тенденция интеграции наук. Поэтому последнюю стадию

(четвертую) начинающую осуществляться, называют интегрально-дифференциальной. В настоящее время нет ни одной области естественнонаучных исследований, которые относились бы исключительно к физике, химии или биологии в чистом виде. Все эти науки «пронизаны» общими для них законами Природы.

1.4 Структура естественнонаучного познания

Большую роль в научном познании играет научный метод. Метод - это совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Метод оптимизирует деятельность человека, позволяет выполнять ее наиболее рациональными способами. Понятие методов тесно связано с понятие методологии.

Методология - наука о закономерностях, которым подчиняется метод, о происхождении, сущности методов, их эффективности.

Научный метод - это способ организации средств познания для достижения научной истины. Он рационализирует и оптимизирует научное знание. Научный метод выступает и как форма опосредования познания и практики, так как объединяет теорию и практику, аккумулируя обобщенный практикой исторический опыт познания мира. Такой опыт и позволяет методу направлять процесс познания построение научных теорий.

В естествознании используются разные приемы и методы познания: наблюдение, описание, измерение, эксперимент, индукция, дедукция, анализ, синтез и т.д. Обычно методы подразделяют на эмпирические и теоретические.

К эмпирическим относятся: наблюдение, эксперимент, описание, измерение. На эмпирическом уровне познания складываются основные формы знания - научный факт и закон. Закон - это высшая цель эмпирического уровня познания. Он отражает устойчивое, повторяющееся в явлении.

К теоретическим методам относятся все способы организации знания, которые обеспечивают создание, построение и разработку научной теории. Сюда относится теория, ее элементы и составные части: абстракции, идеализации, мысленное моделирование, гипотезы и т.д. Теория - высшая форма познания. Она позволяет получать знания об объекте не вступая с ним в непосредственный контакт.

Для понимания единства естественнонаучного и гуманитарного знания особое значение имеют междисциплинарные методы исследования. Речь идет о системном методе, концепции самоорганизации и общей теории информации.

Системы, встречающиеся в природе и обществе, имеют разное строение и характеризуются различными признаками. Среди них следует выделить иерархически организованные системы, которые содержат в своем составе подсистемы разной степени общности и автономности.

Для понимания процессов эволюции исключительно важное значение приобретают исследования, проводимые в рамках новой концепции самоорганизации, которая была названа синергетикой. Результаты, полученные в этой области, показывают, что при наличии определенных условий процессы самоорганизации могут происходить и в системах неорганической природы, что раннее отрицалось. Опираясь на эту концепцию, можно весь мир рассматривать как самоорганизующуюся гиперсистему, что позволит лучше понять современную естественнонаучную картину.

1.5 Модели и закономерности развития естествознания

Тридцать лет назад широко обсуждалась книга Томаса Куна "Структура научных революций", вышедшая в 1962 году. Одним из ее основных понятий была научная парадигма - совокупность научных достижений, в первую очередь теорий, признаваемых всем научным сообществом в определенный период времени. Примерами такого рода парадигм являются геоцентрическая система мира Птолемея, кислородная теория Лавуазье, теория эволюции Дарвина, теория атома Бора и т.п. Использование понятия парадигмы означает вовлечение исторического подхода в обсуждение того, что считать научной концепцией (и прямо связано со словом "современного" в названии нашего курса). Истине теперь вообще отказывается в существовании, поскольку время идет, и парадигмы меняются. Как это происходит, и обсуждается в книге Куна. Принятая в данное время парадигма очерчивает круг проблем, имеющих смысл и решение. Все, что не попадает в этот круг, не заслуживает рассмотрения. Кроме того, парадигма устанавливает допустимые методы решения этих проблем. Таким образом, на каждом историческом этапе существует так называемая "нормальная" наука, та, что действует в рамках парадигмы. В ее задачи входит уточнение фактов, распознавание подтверждающих фактов, установление количественных закономерностей, определение констант с максимальной точностью, совершенствование самой парадигмы. Наука предстает в виде своеобразной игры - решение головоломок, складывание кубиков или популярных нынче puzzles. Она представляет собой ремесло, требующее определенных умений и навыков, основа которого есть не обсуждаемая догма (а никакая не возвышенная истина). И критерием демаркации служит лишь не противоречие новой предлагаемой теории современной парадигме.

Так, однако, происходит лишь до поры. В наблюдаемых явлениях или теоретических построениях возникают аномалии, их число растет, их отклонения от предсказаний "нормальной" теории увеличиваются по мере роста точности наблюдений или появления новых экспериментальных данных. Парадигма терпит крах, наступает кризис. На ее развалинах появляются новые гипотезы, наука вступает в аномальную фазу. Одна из гипотез доказывает свою жизнеспособность, успешно объясняя не только старые данные, но и новые, и становится началом новой парадигмы. Старая парадигма отбрасывается. Произошла научная революция. Старая игра продолжается по новым правилам. Теория парадигм свергает науку с пьедестала, на который она иногда бывает возведена.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Предмет исследования естественных наук.

2. Что изучают гуманитарные науки?

3. Что исследуют технические науки?

4. В чем проявляется единство и взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур?

5. Что такое парадигма?

6. Назовите принципиальные особенности современного естествознания.

2. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

2.1 Понятие естественнонаучной картины мира

Научная картина мира -- это своеобразный фотопортрет того, что есть на самом деле в объективном мире. Иначе говоря, научная картина мира -- это образ мира, который создается на основе естественнонаучных знаний о его строении и законах. Важнейшим принципом создания естественнонаучной картины мира является принцип объяснения законов природы из исследования самой природы, не прибегая к ненаблюдаемым причинам и фактам.

Ниже дается краткое изложение научных идей и учений, развитие которых привело к созданию естественнонаучного метода и современного естествознания.

2.2 Античная наука

Строго говоря, развитие научного метода связано не только с культурой и цивилизацией Древней Греции. В древних цивилизациях Вавилона, Египта, Китая и Индии происходило развитие математики, астрономии, медицины и философии.

В 301 г. до н. э. войска Александра Македонского вошли в Вавилон, в его завоевательных походах всегда участвовали представители греческой учености (ученые, медики и т. д.). К этому времени вавилонские жрецы располагали достаточно развитыми знаниями в области астрономии, математики и медицины. Из этих знаний греки заимствовали деление суток на 24 часа (по 2 часа на каждое созвездие зодиака), деление окружности на 360 градусов, описание созвездий и ряд других знаний. Кратко представим достижения античной науки с точки зрения развития естествознания. Причем речь идет о достижениях, которые необходимы для адекватного понимания концепции современного естествознания.

Астрономия. В III в. до н. э. Эратосфен из Киренаи вычислил размеры Земли, и достаточно точно. Он же создал первую карту известной части Земли в градусной сетке. В III в. до н. э. Аристарх из Самоса высказал гипотезу о вращении Земли и других известных ему планет вокруг Солнца. Он обосновывал эту гипотезу наблюдениями и вычислениями. Архимед, автор необыкновенно глубоких работ

по математике, построил во II в. до н. э. планетарий, приводившийся в движение водой. Астроном Гиппарх (190--125 гг.до н.э.)создал математическую систему кругов для объяснения видимого движения планет. Он же создал первый каталог звезд, включил в него 870 ярких звезд и описал появление «новой звезды» в системе ранее наблюдаемых звезд и тем самым открыл важный вопрос для обсуждения в астрономии: происходят ли какие-либо изменения в надлунном мире или нет.

Система кругов, созданная Гиппархом, была развита К. Птолемеем (100--170 гг. н. э.), автором геоцентрической системы мира. Птолемей добавил к каталогу Гиппарха описание еще 170 звезд. Система мироздания К. Птолемея развивала идеи аристотелевской космологии и геометрии Евклида (III в. до н. э.). В ней центром мира являлась Земля, вокруг которой вращались известные тогда планеты и Солнце по сложной системе круговых орбит.

Большую роль в развитии естествознания сыграли учения о строении вещества и космологические идеи античных мыслителей.

Анаксагор (500--428 гг. до н. э.) утверждал, что все тела в мире состоят из бесконечно делимых малых и неисчислимо многих элементов (семян вещей, гомеомерии). Из этих семян путем беспорядочного их движения образовался хаос. Наряду с семенами вещей, как утверждал Анаксагор, существует «мировой ум», как тончайшее и легчайшее вещество, несоединимое с «семенами мира». Мировой разум создает из хаоса порядок в мире: однородные элементы соединяет, а неоднородные отделяет друг от друга.

Левкипп (V в. до н. э.) и его ученик Демокрит (V в. до н. э.), а также их последователи уже в более поздний период -- Эпикур (370--270 гг. до н. э.) и Тит Лукреций Кара (I в. н. э.) -- создали учение об атомах:

- Все в мире состоит из атомов и пустоты.

- Атомы вечны, они неделимы и неуничтожимы.

- Атомов бесконечное число, форм атомов также бесконечно, одни из них круглые, другие крючковатые и т. д., до бесконечности. Все тела (твердые, жидкие, газообразные), а также то, что называют душой, состоят из атомов.

- Многообразие свойств и качеств в мире вещей явлений определяется многообразием атомов, их числом и видом их соединений. Душа человека -- это тончайшие атомы. Атомы нельзя создать или уничтожить.

Атомы находятся в вечном движении. Причины, вызывающие движение атомов, заложены в самой природе атомов: им свойственны тяжесть, «трясучесть» или, говоря на современном языке, пульсирование, дрожание. Атомы -- это единственная и настоящая реальность, действительность. Пустота, в которой происходит вечное движение атомов -- это лишь фон, лишенный структуры, бесконечное пространство. Пустота -- необходимое и достаточное условие для вечного движения атомов, из взаимодействия которых образуется все как на Земле, так и во всей Вселенной.

Все в мире причинно обусловлено в силу необходимости, порядка, изначально существующего в нем. «Вихревое» движение атомов является причиной всего существующего не только на планете Земля, но и во Вселенной в целом. Миров существует бесконечное множество. Поскольку атомы вечны, их никто не создавал, и не существует, следовательно, начала мира. Таким образом, Вселенная -- это движение из атомов в атомы.

Платон (IV в. до н. э.) -- античный философ, учитель Аристотеля. Среди естественнонаучных идей философии Платона особое место занимает концепция математики и роли математики в познании природы, мира, Вселенной. Согласно Платону науки, основанные на наблюдении или чувственном познании, например физика, не могут привести к адекватному, истинному знанию мира. Из математики Платон считал основной арифметику, поскольку идея числа не нуждается в своем обосновании в других идеях. Эта идея о том, что мир написан на языке математики, глубоко связана с учением Платона об идеях или сущностях вещей окружающего мира. В этом учении содержится глубокая мысль о существовании связей и отношений, имеющих всеобщий характер в мире. У Платона получалось, что астрономия ближе к математике, чем физика, поскольку астрономия наблюдает и выражает в количественных математических формулах гармонию мира, созданного демиургом, или богом, наилучшего и самого совершенного, целостного, напоминающего огромный организм. Аристотель (IV в. до н. э.) -- философ, основатель логики и ряда наук, таких как биология и теория управления. Устройство мира, или космология, Аристотеля выглядит следующим образом: мир, Вселенная, имеет форму шара с конечным радиусом. Поверхностью шара является сфера, поэтому Вселенная состоит из вложенных друг в друга сфер. Центром мира является Земля. Мир делится на подлунный и надлунный. Подлунный мир -- это Земля и сфера, на которой прикреплена Луна. Весь мир состоит из пяти элементов: вода, земля, воздух, огонь и эфир (лучезарный). Из эфира состоит все, что находится в надлунном мире: звезды, светила, пространство между сферами и сами надлунные сферы. Эфир не может быть воспринят органами чувств. В познании всего, что находится в подлунном мире, не состоящем из эфира, наши чувства, наблюдения, корректированные умом, нас не обманывают и дают адекватную о подлунном мире информацию.

Аристотель считал, что мир создан с определенной целью. Поэтому у него во Вселенной все имеет свое целевое назначение или место: огонь, воздух стремятся вверх, земля, вода -- к центру мира, к Земле. В мире нет пустоты, т. е. все занято эфиром. Кроме пяти элементов, о которых идет речь у Аристотеля, есть еще нечто «неопределенное», которое он называет «первой материей», но в его космологии «первая материя» существенной роли не играет. В его космологии мир надлунный является вечным и неизменяемым. Законы надлунного мира отличаются от законов мира подлунного. Сферы надлунного мира равномерно двигаются по окружностям вокруг Земли, делая полный оборот за одни сутки. На последней сфере находится «перводвигатель». Являясь неподвижным, он придает движение всему миру. В мире подлунном действуют собственные законы. Здесь господствуют изменения, возникновения, распад и т. п. Солнце и звезды состоят из эфира. Он не оказывает никаких воздействий на небесные тела в надлунном мире. Наблюдения, говорящие о том, что в небесном своде что-то мерцает, движется и т. п., по космологии Аристотеля, являются следствием влияния атмосферы Земли на наши органы чувств.

В понимании природы движения Аристотель различал четыре вида движения:

а) увеличение (и уменьшение); б) превращение или качественное изменение; в) возникновение и уничтожение; г) движение как перемещение в пространстве. Предметы относительно движения, по Аристотелю, могут быть:

а) неподвижны; б) самодвижущиеся; в) движущиеся не спонтанно, а посредством действия других тел. Анализируя виды движения, Аристотель доказывает, что в основе их лежит вид движения, который он назвал движением в пространстве. Движение в пространстве может быть круговым, прямолинейным и смешанным (круговое + прямолинейное). Поскольку в мире Аристотеля нет пустоты, то движение должно иметь непрерывный характер, т. е. от одной точки пространства к другой. Отсюда следует, что прямолинейное движение является прерывным, так, дойдя до границы мира, луч света, распространяясь по прямой, должен прервать свое движение, т. е. изменить свое направление. Аристотель считал круговое движение самым совершенным и вечным, равномерным, именно оно свойственно движению небесных сфер.

Мир, по философии Аристотеля, является космосом, где человеку отведено главное место. В вопросах отношения живого и неживого Аристотель был сторонником, можно сказать, органической эволюции. Теория или гипотеза происхождения жизни Аристотеля предполагает «спонтанное зарождение из частиц вещества», имеющих в себе некое «активное начало», энтелехию (греч. entelecheia -- завершение), которое при определенных условиях может создавать организм. Учение об органической эволюции развивалось также философом Эмпедоклом (V в. до н. э.).

Значительными были достижения древних греков в области математики. Например, математик Эвклид (III в. до н. э.) создал геометрию в качестве первой математической теории пространства. Лишь в начале XIX в. появилась новая неевклидова геометрия, методы которой использовались при создании теории относительности, основы неклассической науки.

Учения древнегреческих мыслителей о материи, веществе, атомах содержали глубокую естественнонаучную мысль об универсальном характере законов природы: атомы одни и те же в различных частях мира, следовательно, в мире атомы подчиняются одним и тем же законам.

2.3 Новое время - эпоха создания естествознания (XVII-XVIII вв. н.э.)

Факторы, которые способствовали развитию естествознания в Новое время:

1. Изменение социально-экономических и материальных условий в Западной и Центральной Европе. Росла численность населения городов, возникли производство стекла, металла и другие технологии. Развивались национальные государства, произошли другие изменения.

2. Реформа церкви.

3. Создание в 1603 г. Академии в Италии просвещенным маркизом Фредерико Чези. Она получила название «Академия Линнеев». Линчей -- итальянское название Линкея (герой мифов греков, наделенный богами феноменальным зрением, видел сквозь землю, воду и камни). Линкей -- символ человека, видящего больше других, является титулом, который присваивается членам Римской академии наук. Этой академии Г. Галилей подарил собственными руками сделанную трубу, которую один из членов этой академии -- грек Доминикано -- назвал телескопом: теле -- далекий, скопос -- вижу. В 1624 г. Галилей подарил этой академии «трубу-малышку», усовершенствованный им микроскоп.

«Академия Линчеев» была практически первым прообразом будущих академий наук в Европе.

4. Создание общей теории оптических приборов. Это событие оказало огромное влияние на методологию исследования природы. Начиная с XIII в., идея возможности создания «зрячих очков» приобрела практическое очертание в XVII в. В разных странах многие исследователи занимались этой проблемой. Этой проблемой занимался Г. Галилей и добился хороших практических результатов. Начиная с декабря 1609 г., он стал использовать телескоп с двадцатикратным увеличением. Результаты своих астрономических наблюдений он оформил в виде книги, которую назвал «Звездный вестник». Данная работа является первым сообщением об астрономических исследованиях с помощью телескопа. Послав свой «Звездный вестник» И. Кеплеру, он получил не только письмо с восхищением о его результатах, но и краткое изложение теории телескопа, которую И. Кеплер разработал на основе открытого им закона внутреннего отражения света в зрительной трубе. С его теории начинается прикладная наука об оптических приборах. Г. Галилею принадлежит первенство в создании «малой трубы» (оккиалино) размером в три с половиной или пять метров для рассмотрения мелких предметов, сквозь которую «муха кажется столь же большой, как курица». В 1628 г. основатель этой академии Ф. Чези с помощью микроскопа исследовал живые клетки и описал их некоторые функции.

5. Создание «Лондонского Королевского общества для содействия познанию Природы», на гербе которого был девиз: «Ничьими словами», представляющего часть одной из строк «Посланий Горация»: «Я не обязан клясться ничьими словами, кто бы он ни был». Название этого общества сохранено в названии современной Британской академии наук. Общество было создано в 1645 г. молодыми докторами философии и математики Дж. Валлисом и Дж. Вилкинсом на основе Лондонского Грешэм колледжа, платного учебного заведения, где лекции читали известные специалисты любопытствующим молодым людям, как правило, из богатых семей. Среди этих молодых слушателей был Роберт Бойль (1627--1690), в будущем основатель физики газов и химии. Это сообщество сыграло огромную роль в координации исследований природы учеными разных стран. Первой опубликованной работой данного сообщества была «Микрография» (1665 г.) Р. Гука. В ней он изложил результаты наблюдений мельчайших предметов с помощью сконструированного им же микроскопа со стократным увеличением. Р. Гук был уникальным ученым-экспериментатором. Он известен как автор закона о линейной зависимости деформации упругого тела и как один из авторов клеточной теории строения живого. Он ввел термин «клетка». С 1703 г. президентом этого общества стал Исаак Ньютон, который в 1687 г. в своей работе «Математические начала натуральной философии» изложил основные принципы классической механики, первой физической теории движения.

Членом Лондонского Королевского общества был и самоучка-ученый автор работы «Тайны природы» (1673), написанной для философов, нидерландец Антони Левенгук (1632--1723). Создав микроскоп с увеличением в 300 раз, он открыл живые микро существа, которые назвал «анималькулями». Антони Левенгук в течение значительного периода регулярно оповещал своих коллег из Королевского общества о своих собственных наблюдениях с помощью изобретенного им метода наблюдения. Лишь в начале ХХ в. американскому бактериологу Коэну удалось разгадать этот метод.

6. В XVII в. появился ряд выдающихся философов и ученых. К ним принадлежал немецкий философ, правовед, математик, логик и ученый Г. Лейбниц. Лейбниц был придворным ученым. Это позволило ему внушить ряду сильных мира сего мысль о необходимости создания Академии наук. При его активном содействии они появились в Германии, Австрии и в России. Он был советником Петра I (1672--1725), жил последние годы жизни на жалованье из царской казны. Под его влиянием в России возникла Академия наук (1725). Лейбниц считал главными двигателями прогресса общества творцов науки, а не полководцев и «сильных мира сего». Он создал научный журнал «Лейпцигские ученые записки». Другим философом, оказавшим огромное влияние на изменение образа науки в XVII в., был Френсис Бэкон. Ему принадлежат яркие тезисы:

«Истина -- дочь времени, а не авторитета», «Человеческое знание и власть совокупны», «Сколько знаешь, настолько и свободен», «Истинное знание -- это знание причин», «Достоинство науки укрепляется ее свершениями и пользой».

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Научное содержание учений античных мыслителей об атомах.

2. Основные принципы космологии Аристотеля.

3. Научная картина мира.

4. Особенности формирования естествознания в Новое время.

3. ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА

3.1 Физика и классическая механика

Первая научная физическая теория была создана в XVII в. В ее создании участвовало много великих умов человечества, однако ее создателями считаются Галилей и Ньютон. Созданная ими физическая теория называется механикой Галилея -- Ньютона. Дальнейшее развитие этой механики называется классической механикой.

Классическую механику называют теорией макромира или макротел, т.е. разделом физики, изучающим физические события, явления в мире материальных тел и систем материальных тел, физические параметры которых достаточно велики (движение молекул, тел, состоящих из молекул и т.д.). Методы и технические средства исследования классической механики не оказывают существенного влияния на физические параметры исследуемых объектов. Измеряя температуру жидкости в сосуде с помощью термометра, исследователь знает, что температура самого термометра существенно не изменит температуру измеряемой жидкости. Иначе обстоит дело, когда исследователь работает с электронным микроскопом. Здесь происходит воздействие прибора на изучаемый объект и оно существенно.

Раздел механики, в котором изучается движение материального тела во времени без учета причин, вызывающих это движение, называется кинематикой. Динамика -- это раздел механики, в котором изучаются законы механического движения материальных тел с учетом причин, вызывающих эти движения.

Под причиной в механике понимается сила, воздействие которой приводит к изменению состояния механического движения материального тела. В механике для определения изменения состояния движения материального тела используется понятие «система отсчета». Это произвольно выбранная система материальных тел (отдельное тело или материальная точка как обозначение материального тела), с которой связана система прямоугольных координат. Система координат позволяет определить положение тел в пространстве и изменение их положения относительно других тел в этом пространстве в результате их механического движения.

Классическая механика постулирует (принимает без доказательства), что в механическом движении тела, системы тел их внутренние физическое свойства и внешние физические параметры не изменяются. Масса тела (систем тел) остается постоянной, температура, плотность и другие показатели остаются также неизменными. Следовательно, любое материальное тело можно представить как материальную точку или как систему, состоящую из множества материальных точек. Такой подход позволяет исследовать механическое движение частиц, составляющих тела, в различных агрегатных состояниях: твердое тело, жидкость, газ, фазовые переходы между агрегатными состояниями. В твердом теле частицы находятся вблизи, на коротких расстояниях, в жидкости -- на больших расстояниях и т. п.

В механике рассматриваются замкнутые и незамкнутые системы тел. Замкнутые системы -- это взаимодействие тел без учета воздействия на них внешних сил. Сам источник возникновения движения в материальном мире тел в механике как физической теории не рассматривается. Обсуждение этого вопроса возникает в механической картине мира. Незамкнутые системы -- это взаимодействия тел с учетом действия на них внешних сил или окружающей среды.

3.2 Механика Галилея

Во времена молодости Галилея признанным авторитетом в науке считался Аристотель. Поэтому от Галилея требовали соответствия его физических идей принципам физики, учению Аристотеля о природе. Галилей первым использовал новый метод исследования природы, получивший название мысленного эксперимента. Так, рассуждая над принципом Аристотеля (ускорение движения тела к центру Земли пропорционально его весу), Галилей сформулировал мысленную ситуацию, когда падение тела к поверхности является свободным (идеальным, без препятствий воздуха, веса, размера, плотности и т. д.). В этой ситуации свободное падение тела можно рассматривать абстрактно как движение тела по наклонной плоскости под углом 90" к поверхности. Специально сконструированный Галилеем эксперимент движения тел по наклонной плоскости подтверждал принцип, согласно которому все тела падают на поверхность Земли с одним и тем же ускорением (среднее -- 9,8 м/с2), т. е. независимо от материала, из которого они созданы. Свое учение о движении Галилей изложил в форме принципов.

Принцип инерции. Если на тело не действуют никакие силы, то оно покоится или движется равномерно и прямолинейно. Инерция (лат. inertia) означает неподвижность и бездеятельность. Строго говоря, обычный опыт не позволяет обосновать этот принцип. В мире все находится в движении. Однако в нем выражена существенная черта движения вне действия внешних сил, причин изменения движения любого материального тел без физического взаимо-действия нет движения.

Принцип относительности. Во всех инерциальных системах отсчета законы движения, удовлетворяющие принципу инерции, выглядят или протекают одинаковым образом. Этот принцип равносилен утверждению о том, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны, т. е. ни одной из них нельзя отдать предпочтение перед другой. В этом принципе выражена глубокая мысль об универсальном характере физических законов, хотя речь в нем идет только о законах механического движения. Галилей выразил принцип эквивалентности, равноправия всех инерциальных систем отсчета в так называемом методе преобразования координат, т. е. правил описания одного и того же физического события в разных системах отсчета.

Эти преобразования называются преобразованиями Галилея. Согласно этим преобразованиям течение времени, его ритм во всех инерциальных системах отсчета происходит одинаково: t(01) = t(02), где t(01) -- время в системе отсчета 01, и t(02) -- в системе 02.

Правило сложения скоростей в преобразованиях Галилея не допускает существования конечной, предельной скорости движения: у него С + V и С -- V, где С -- скорость света, имеют разные величины.

Неизменными в преобразованиях Галилея остаются размеры движущего тела и его массы в разных системах отсчета. Принцип эквивалентности инерциальных систем отсчета Галилея не позволяет ответить на вопрос: данная система покоится или движется прямолинейно и равномерно? Это решение вызвало дискуссию, существует ли в мире абсолютная система отсчета. Наличие подобной системы отсчета позволило бы ответить на вопрос: вращается Земля вокруг своей оси или вращается небесная сфера со звездами относительно неподвижной Земли?

Птолемей -- автор геоцентрической системы мира -- отрицал вращение Земли, ссылаясь на эффекты действия центробежной силы, возникающей при вращении, в результате которых Земля должна разлететься на части.

Н. Коперник, напротив, считал, что Земля вращается вокруг собственной оси, а центробежные эффекты относятся к небу (там огромные расстояния).

Галилей в трактате «Диалог о двух системах мира: птолемеевской и коперниковской» (1632) предложил метод определения вращения Земли. Если с башни высотой в 100 м, расположенной на экваторе Земли, сбросить металлический шар определенного веса, то из-за разности угловой скорости на высоте башни и ее основания этот шар должен упасть на расстоянии 2,5 см от основания башни в направлении на восток (Земля вращается с запада на восток). Поскольку этот эксперимент трудно было осуществить, то среди многих мыслителей того времени бытовало убеждение, что Земля не вращается. Человеческий организм не ощущает вращения Земли. В 1851 г. Л. Фуко (1819--1869) предложил метод определения вращения Земли с помощью колеблющегося маятника, получившего название маятник Фуко.

С поиском абсолютной системы отсчета связан еще один физический вопрос: количество движения в мире (на современном языке -- энергии) остается постоянным или нет? Французский философ, математик, физик Р. Декарт, который разработал систему прямоугольных координат и сформулировал свою теорию механического движения, в третьем своем законе механического движения утверждал, что количество движения в созданном Богом мире является постоянным и неизменным.

Из философии Р. Декарта следовало, что в мире нет пустоты, поэтому все силы физического взаимодействия не могут быть силами дальнодействия, а только силами близкодействия, т. е. через соприкосновение и передачу воздействия через физическую среду. С физической теорией Р. Декарта связано понятие флюидов (текущие) как потока частиц, обеспечивающих процесс передачи тепла, электричества и магнитных сил. Поиски абсолютной системы отсчета сохранились вплоть до конца XIX в.

3.3 Физическая теория И. Ньютона

Ньютон (1646--1727) родился в год смерти Галилея. Его научная деятельность была тесно связана с Лондонским Королевским обществом, сообществом талантливых людей, объединенных общим интересом к познанию природы. Среди них был Р. Гук, который за 80 лет до рождения Ламарка (1744--1829) высказал идеи, схожие с биологическими идеями последнего. Р. Гук интересовался многими проблемами. С открытием нидерландским ученым X. Гюйгенсом (1629--1625) центробежного ускорения многие в Лондонском Королевском обществе заинтересовались вопросом о силе, управляющей движением небесных тел. Имеются сведения, что Р. Гук понял суть принципа квадрата расстояний при взаимодействии материальных тел, но отложил его оформление на будущее. Трактат «О движении» Ньютона, основа будущей его работы «Математические начала натуральной философии» (1687), поверг Р. Гука в шок. В кофейне, где члены Лондонского Королевского общества обсуждали трактат Ньютона «О движении», Р. Гук назвал Ньютона плагиатором, так как в своем приглашении на заседание общества, которое он направил Ньютону, он изложил собственные соображения о законе обратных квадратов.

В «Математических началах натуральной философии» Ньютон представил стройную систему понятий и принципов описания механического движения. Его заслуга состояла в том, что он первым в математической форме выразил общие идеи и мысли о механическом движении всех своих предшественников и современников.

Первый закон Ньютона. Тело движется в одном и том же направлении с неизменной быстротой, если на него не действует сила. Следовательно, если на тело не действует сила, то оно сколько угодно долго пребывает в состоянии покоя.

Первый закон Ньютона является обобщением принципа инерции Галилея. Ньютон использует понятие быстроты, т. е. ускорение, изменение скорости, по которому можно заметить действие силы на материальное тело. Далее, этот закон утверждает избирательное, важное значение инерциальных систем отсчета для изучения движения тел, следуя методологическому принципу «от простого к сложному».

Второй закон Ньютона. Ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально величине силы, действующей на тело, и обратно пропорционально его инертной массе: а = F/m, где а -- ускорение, F-- сила, т -- инертная масса. Ньютон определил массу тела как количество вещества, содержащееся в теле. Из опыта известно, что всякое тело «противится» изменению состояния своего движения и одинаковые силы, приложенные к различным телам, сообщают им разные ускорения. Следовательно, есть общее физическое свойство всех материальных тел, а именно способность материальных тел препятствовать изменению состояния их движения или покоя. Это свойство получило название инертной массы тела.

Третий закон Ньютона. Силы взаимодействия тел равны по величине и противоположны по направлению: F (AB) = -F(BA), где AB -- тела, F (АВ) -- сила, с которой А действует на В, и -F(BA) -- сила, с которой тело В действует на тело А.

Третий закон Ньютона говорит о характере физического взаимодействия между материальными телами. В механическом взаимодействии силы возникают попарно, т. е. действию соответствует противодействие. Все эти три закона Ньютона лежат в основе классической механики.

Размышляя над проблемой свободного падения тел, установленного Галилеем, Ньютон попытался ответить на вопрос, какая сила заставляет материальные тела падать к поверхности Земли и не является ли эта сила той же физической природы, которая заставляет двигаться планеты вокруг Солнца по законам И. Кеплера (по эллипсам, а не по окружностям). Рассуждая чисто дедуктивно, он сформулировал закон всемирного тяготения: Земля имеет массу, яблоко тоже. По второму закону Ньютона сила прямо пропорциональна массе тела (F= та). В случае свободного падения яблока на Землю имеет место взаимодействие двух масс (яблока и Земли), следовательно, сила F должна быть пропорциональна произведению масс (т1т2), участвующих в физическом взаимодействии, названном свободным падением. Отсюда естественным является вопрос, будет ли меняться величина силы при увеличении расстояния между телами с массами т1 и т2.

Сравнивая ускорение свободного падения тела на Луне с ускорением свободного падения на Земле, Ньютон пришел к выводу, что в случае свободного падения Луна и Земля ведут себя как тела, масса которых сконцентрирована в их центре. Такое явление, как считал Ньютон, возможно лишь в случае, когда величина силы между взаимодействующими телами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: F= G (т1т2 /R2), где G гравитационная постоянная, вычисленная опытным путем т1 и т2 -- массы тела, R -- расстояние между телами. При т1 = 1 кг, т2 - 1 кг и R = 1 м величина G = 6,67 * 10-11 Нм/кг, (где Н -- сила (ньютон), которая, будучи приложенная к телу в 1 кг (массу), сообщает ему ускорение а, равное 1 м/с2). Величина гравитационной постоянной зависит от выбора системы отсчета.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит о наличии в природе универсальной силы физического взаимодействия между материальными телами, которая является объективной и независимой от настроений и желаний людей. Выраженная в этой математической формуле зависимость между значениями входящих в нее величин позволяет предсказывать действие этой силы взаимодействия во времени. Эту силу взаимодействия стали называть силой тяготения, гравитационным физическим взаимодействием между материальными телами.

Сила тяготения -- это исторически первая сила физического взаимодействия, которая была открыта естествознанием. В формулировке закона всемирного тяготения Ньютон использовал понятие тяжелой массы тела. Тяжелая масса тела зависит от массы тела, находящегося с ним в гравитационном взаимодействии. Он полагал, что отношение между инертной и тяжелой массой тел является одинаковым и не зависит от природы материала, из которого тела созданы (железо, дерево и т. д.). Это предположение вызвало оживленную дискуссию о физической природе этого отношения. А. Эйнштейн предложил решение этого вопроса в общей теории относительности.

3.4 Следствия механики Галилея - Ньютона

Спустя семь лет после выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона молодой религиозный деятель Ричард Бэнтли (1662--1742) написал письмо великому физику, в котором попросил его ответить на вопрос, не может ли сила тяготения быть причиной образования звезд. Этот вопрос затрагивает тему отношения теоретических понятий физики Галилея -- Ньютона к реальному, материальному миру.

Данному вопросу можно придать современный смысл. Сила тяготения -- это сила близкодействия? С какой скоростью она распространяется? С конечной или мгновенной бесконечной? Каким образом свет распространяется в космическом пространстве? Реальное время течет от прошлого к будущему, которые имеют собственные, не сводимые друг к другу физические состояния, почему же тогда механическое движение обратимо во времени? Как объяснить свободное падение тел? Почему инертная и гравитационная массы тела представлены разными формулами (формула F= та относится к инертной массе, формула F = G (m1m2 /R2) -- к гравитационной)?

Ответы на эти вопросы можно разделить на две части: А -- ответ самой физической теории Галилея -- Ньютона и Б -- трактовка проблем, лежащих в основе этих вопросов, самим Ньютоном в форме свободных рассуждений.

А) Механика Галилея -- Ньютона

1. Сила тяготения является дальнодействующей силой и распространяется с бесконечной скоростью без соприкосновения между взаимодействующими телами.

2. Пространство и время заданы самим Богом и не наделены физическими свойствами.

3. Закон всемирного тяготения точно описывает специфику этого физического взаимодействия, но причины, которые вызывают это взаимодействие, неизвестны.

4. Сила тяготения не действует на свет, на его траекторию движения.

5. В мире возможны одновременные события, так как время -- это абсолютная математическая длительность, мера определения движения тел в пространстве.

6. Ритм времени одинаков в каждой точке Вселенной и по всем ее направлениям.

7. Пространство -- это своеобразная арена, сцена, на которой происходят физические события.

8. Математическая теория пространства Евклида правильно отражает метрику

пространства при механическом движении: два прямолинейно движущихся тела никогда не пересекутся в своем движении на просторах Вселенной.

9. Часы, установленные на движущемся теле, не замедляют и не ускоряют свой ход, величина массы тела также остается неизменной в механическом движении тел.

Б) Ответ Ньютона в форме свободного рассуждения.

1. Если бы все вещество нашего Солнца и все вещество Вселенной было бы равномерно рассеяно в небесных глубинах, и если бы каждая частица имела врожденное тяготение ко всем остальным частицам, и если бы, наконец, пространство, в котором рассеяна вся материя Вселенной, было конечным, то все вещество снаружи этого пространства в силу тяготения влеклось бы ко всему веществу, которое находится внутри этого пространства, и тем самым создало бы внутри пространства огромную сферическую массу.

...