Физическая картина мира в аспекте классической, неклассической и постнеклассической рациональности

Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой стороны, вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. Иными словами, физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические и философские идеи, физические теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познания, соответствующие определенному историческому этапу развития физики.

Так, в античности сформировалась специфическая картина мира, разграничивающая совершенный небесный Космос и несовершенный земной мир. При этом Космос, например, у древних греков, обозначал всякую упорядоченность, согласованность, совершенство и гармонию в противовес неупорядоченному, несовершенному Хаосу. Человек представал при этом, с одной стороны, как микрокосмос, порождаемый макрокосмосом, Вселенной, а с другой - как безвольная игрушка в руках богов и природы. Вселенная, природный мир совершают некий кругооборот своего движения, символизируя цикличность, повторяемость всех природных процессов и явлений. Ведущая роль в такой картине мира принадлежала астрономии, математике, мифологии. В ней активно использовались понятные людям античности символы - колесо, огонь, лук и стрелы, колесница. Разумеется, подобная картина мира еще не может быть названа научной, поскольку сочетает элементы научных представлений с религиозными и мифологическими.

Положение существенно меняется в условиях европейского Возрождения, отражая изменения общих представлений во взглядах на мир и место человека в нем. Мыслители этой эпохи стремились объяснить существование единого бесконечного материального мира из него самого, независимо от деятельности внешней потусторонней силы - божества, понимая его как мир, подчиняющийся единому закону причинно-следственной связи. Развивались атомистические представления о строении материи, а также пантеистические идеи, суть которых в отождествлении Бога и природы, в растворении Бога в природе. А движущая сила рассматривалась как неотделимое от материи разумное начало - мировая душа, архей - активная жизненная сила, вечный божественный разум. Как видим, и в этой картине мира ещё не очень явно выделено научное начало, а научные представления причудливо переплетаются с вненаучными - магическими, эзотерическими.

Первой строго научной физической картиной мира можно считать механистическую (иногда называемую механической) картину мира, господствовавшую в Европе в Новое время, в XVII - XVIII вв. В ней уже четко доминировали механика, физика, математика, материалистические и атомистические представления о мироустройстве. Вселенная здесь уподоблялась огромному механизму модных тогда механических часов, где все основные составные части на всех уровнях бытия были хорошо подогнаны друг к другу, как колесики, рычаги и пружинки в часах. Вместе с тем и здесь ещё присутствует идея Бога, но уже в ослабленной форме деизма, согласно которой Бог сотворил и запустил в ход Вселенский механизм, а далее как бы «устранился от дел», наблюдая за всем происходящим со стороны.

И далее возникавшие в истории все новые и новые физические картины мира сменяют друг друга, каждый раз уточняя понимание мироустройства с позиции современных им физических представлений, а также активно используя привычные для современников символику и аллегории. «Наиболее распространенными вариантами «физической картины мира» стали: механическая, электродинамическая (электромагнитная), релятивистская, квантовая». Кузнецов Б.Г. Пределы современной науки. - М.: Наука, 1983. - С. 255. Смена картин мира происходит диалектическим путем, то есть ложные отбрасываются, а истинные дополняются, уточняются и охватывают все большую область физической реальности. Как, например, ньютоновская картина мира включает электродинамическую, а затем они обе, в «снятом» виде входят в релятивистскую картину мира, а затем последняя, таким же образом, - в квантовую.

Каждая физическая картина мира - ступень познания - является относительной истиной. Смена физических теорий - это процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда завершен из-за бесконечной сложности и разнообразия материального мира.

С изменением физической картины начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, законов, гипотез и стиля мышления.

Как уже отмечалось, знание, заключенное в физической картине мира, возникает в ходе обобщения и систематизации частных образов различных структурных уровней материи. Однако при этом понятия, принципы и идеи, войдя в физическую картину мира, приобретают иное, чем в физической теории, методологическое значение. Другими словами, понятия и категории физических наук, войдя в состав физической картины мира, употребляются уже в содержательном, а не в формализованном или квазиформализованном виде.

1.2 Механистическая картина мира как первая научная картина мира: генезис, сущность и закономерности становления

Истоки возникновения механистической картины мира относятся к античному периоду. Именно в это время появились первые наивно-механистические представления об окружающем мире.

Картина мира, соответствующая натурфилософской парадигме, возникла в античной Греции. Первая концепция Вселенной, доступная интеллектуалу, принадлежит Пифагору. Оценивая его роль в формировании миропредставления, которое можно назвать научным, Б. Рассел писал: «Пифагор по своему влиянию как на древнюю, так и на современную эпоху... является одним из наиболее значительных людей, когда-либо живших на Земле, - и в том случае, когда он был мудр, и в том, когда он ошибался». Рассел Б. Почему я не христианин. - М.: Политиздат, 1987. - С. 137-138. Пифагору принадлежат идеи всеобщей Гармонии Вселенной, которую он назвал космосом (cosmos по-гречески означает мир, Вселенная, гармония) и предположил, что его структура определяется соотношениями чисел. Математический характер имела и космогония Пифагора.

В античной философии сформировались две школы, по-разному описывавшие структуру мироздания. Сторонники Ионийской школы (Фалес, Анаксимандр, Гераклит) утверждали, что существует два слоя реальности - физический, который воспринимается нашими чувствами, и метафизический, который лежит за пределами наших восприятий и составляет «архэ» - скрытую сущность вещей. Так, например, по учению Гераклита, природа представляет собой единое целое, не возникшее и не преходящее, а всем существующим вещам присуще первовещество, первоначало, из которого они возникли. Таким первоначалом, первоосновой всего он считал «вечно живой огонь», находящийся в постоянном движении и изменении благодаря борьбе образующих его противоположностей. «Этот космос, - утверждал Гераклит, - тот же самый для всех, не создал никто из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим» Антология мировой философии: В 4 т. - М.: Мысль, 1969. Т. I. Ч. 1. - С. 275.. По мнению представителей другой школы - элеатов (Парменид), абсолютно лишь вечное и неизменное, единое. Что же касается видимых явлений, то это химера, порожденная обманом наших чувств.

На следующем этапе развития античного миропредставления были оформлены две альтернативные картины мира. Первая из них принадлежит Левкиппу и Демокриту, которые считали, что в мире нет ничего, кроме разнообразных атомов и пустоты. Отсутствует и какая-либо свобода воли или выбор, т. к. все происходящее однозначно предопределено движениями атомов, в мире нет ничего случайного.

Другая космологическая модель разработана Платоном, утверждавшим, что действительный мир - это идеи, а все видимое и воспринимаемое чувствами лишь их отражение, однако вполне реальное. Таким образом, концепция мироздания Платона дуалистична: истинный мир совершенен, вечен и неизменен и может быть постигнут лишь работой ума, а материальный подлунный мир, в отличие от него, подвержен изменениям и распаду. Единственной причиной Космоса является Демиург, Творец. Основной принцип космологии Платона -- математическая гармония, порядок, красота.

Вершиной античной натурфилософии явилась космология Аристотеля. Если у Платона субстанцией, т. е. истинной реальностью, считались эйдосы, идеи, то в учении Аристотеля роль субстанции отводилась видимому миру. Учение Аристотеля о мироздании изложено в его работах См.: Аристотель. Сочинения: В 4 т. Т. 1. - М.: Мысль, 1975. - С. 550. Его же, Т. 3. - С. 136-144, 314-322. и является основой натурфилософской парадигмы античности.

Оно отрицало пустоту (вакуум) в природе, исходило из того, что материальная субстанция беспредельно делима, и разграничивало «земное» и «небесное». Земля, по представлениям Аристотеля, есть мир тленный, в котором происходит постоянный круговорот - рождение и смерть, произрастание и увядание; небо, наоборот, усеяно светилами, состоящими из одного эфира - нетленного элемента, все светила являются поэтому вечными и совершенными. Аристотель вслед за философом Эмпедоклом (ок. 490 - ок. 430 гг. до н. э.) предположил существование четырех «стихий», вечных неизменных первовеществ: земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых произошли все тела на Земле. По Аристотелю, вода и земля естественным образом стремятся двигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся «вверх», к периферии, и тем быстрее, чем ближе они к своему «естественному» месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и огонь. Таким образом, Аристотель различает естественные и вынужденные движения тел. Для земных тел естественными являются движения по прямой к центру Космоса (т. е. вниз) или от центра Космоса (вверх): тяжелые тела по самой своей природе стремятся вниз, а легкие - вверх. Всякие иные движения земных тел являются вынужденными См.: Там же Т. 3. - М.: Мысль, 1981. - С. 47-50.. Представления Аристотеля о естественных и вынужденных движениях тел господствовали в науке в течение многих столетий - вплоть до ХVI - ХVII вв., когда возникла механика Галилея - Ньютона.

По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца, ни начала. Это возможно как раз потому, что, кроме упомянутых четырех элементов, существует и пятая, неуничтожимая форма материи, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы состоят все небесные тела, для которых вечное круговое движение - это естественное состояние. «Зона эфира» начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Луны находится мир четырех элементов.

При построении своей системы мира Аристотель использовал представления Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые обращаются вокруг Земли. По Аристотелю, Космос ограничен, имеет форму сферы, в центре которой находится земной шар, за пределами сферы нет ничего - ни пространства, ни времени. В пределах же сферы нет пустоты - всё заполняет «первичная материя». Все небесные движения совершенны, т. е. совершаются равномерно по кругам согласно представлениям пифагорейцев. Аристотель представлял себе планеты прикрепленными к определенным прозрачным сферам, которые обращаются вокруг неподвижной Земли. Он дал достаточно убедительные доказательства шарообразности Земли. Там же. С. 328-334. Одним из них было изменение вида звездного неба при передвижении наблюдателя по земной поверхности: в южных странах появляются новые созвездия, невидимые на севере, и чем дальше к северу, тем больше видно незаходящих звезд.

Второе доказательство Аристотеля основано на наблюдениях лунных затмений: тень Земли на диске Луны всегда ограничена дугой круга. Из того, что все тела при падении стремятся к центру Земли, по мнению Аристотеля, следует, что Земля должна иметь шаровидную форму.

Большое влияние на становление реалистической картины мира оказали также атомистические физические воззрения Демокрита (ок. 460 - ок. 360 г. до н. э.). По убеждению Демокрита, каждое случайное явление превращается в необходимость, когда мы познаем причину этого явления. «Ни одна вещь не возникает беспричинно, но все возникает на каком-нибудь основании и в силу необходимости». Антология мировой философии: В 4 т. - М.: Мысль, 1969. Т. I. Ч. 1. - С. 327. Древнегреческий философ Демокрит и его учитель Левкипп считаются одними из основателей античной атомистики.

Согласно Левкиппу и Демокриту, в мире есть лишь два «начала» - пустота (небытие) и атомы (бытие). Учение Демокрита считается высшей стадией древнегреческого материализма, оно получило дальнейшее развитие в философии Эпикура. Дальнейшему развитию атомистики дал толчок Эпикур (341-270 гг. до н. э.). Он считал, что атомы находятся в беспрерывном и вечном движении, характер их движения обусловлен не внешними, а внутренними причинами. Эпикур отрицал вмешательство божественных сил в жизнь природы. Атомистические физические воззрения древних греков поистине удивительны: мы, люди XXI века, находим в них предвидение многих сторон современной научной картины мира. Однако, тем не менее, они на долгие столетия были вытеснены континуалистическими идеями Аристотеля.

Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера в период попятного движения значительно ярче, чем в другое время. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира. Так, Гераклид Понтийский (388-315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля вращается вокруг своей оси наподобие колеса («с запада на восток вокруг собственного центра»). Он высказал также мысль, что орбита Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце, и вместе с Солнцем эти планеты обращаются вокруг Земли.

Еще более смелых взглядов придерживался древнегреческий астроном и математик Аристарх Самосский (ок. 320 - ок. 250 или 230 гг. до н. э.), впервые выдвинувший гипотезу гелиоцентрического устройства мира. Восемнадцать столетий спустя Коперник доказал его правоту. По мнению Архимеда, Аристарх полагал, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своих мест в пространстве, что Земля движется по окружности около Солнца, находящегося в ее центре, и что центр шара неподвижных звезд совпадает с центром Солнца. Аристарх допускал также и суточное вращение Земли. Однако слишком мало данных было в распоряжении ученых того времени, чтобы обосновать эту теорию, которая на много столетий опережала их физические взгляды.

Значительный вклад в развитие представлений о Вселенной внес древнегреческий астроном Гиппарх (ок. 180 или 190 - 125 гг. до н. э.). Он уточнил составленный еще примерно в 355 г. до н. э. каталог звезд китайских астрономов, одним из которых был Ши Шэнь, и списки (каталоги) звезд греческих астрономов Аристилла и Тимохариса (280 г. до н. э.). Каталог Гиппарха содержал сведения о 1008 звездах и 48 созвездиях. Он обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он считал, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и Луны на небе в любой день года. Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых прозрачных хрустальных сфер, предложенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с помощью эпициклов и деферентов (вспомогательных окружностей в геоцентрической системе мира, применявшихся для объяснения наблюдаемых движений планет).

Наконец, в древности возникли статика и гидростатика в связи с решением ряда технических задач. Основополагающую роль в возникновении статики и гидростатики сыграл Архимед (ок. 287 - 212 гг. до н. э.). Архимед установил наличие центра тяжести тел. Он использовал принцип рычага при решении ряда геометрических задач. Принцип рычага и учение о центре тяжести являются важнейшими научными достижениями Архимеда в области механики.

Архимед был не только математиком и механиком. Он был одним из крупнейших инженеров своего времени, конструктором машин и механических аппаратов. Он изобрел машину для полива полей («улитку»), водоподъемный винт и особенно успешно разрабатывал конструкции военных машин.

Известно сочинение Архимеда «О плавающих телах», в котором рассматривалась задача равновесия плавающих тел. В основе теории равновесия плавающих тел Архимеда лежит закон, носящий его имя. Научный гений Архимеда в этом сочинении проявляется с исключительной силой. Полученные им результаты приобрели современную формулировку и нашли доказательство лишь в XIX в.

Согласно первой теореме Архимеда, поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, имеет форму сферы, центр которой совпадает с центром Земли. Затем Архимед доказывает вторую теорему о том, что твердые тела, равнотяжелые с жидкостью, будучи опущены в эту жидкость, погружаются так, что никакая их часть не выступает над поверхностью жидкости и остаются в таком положении, не двигаясь вниз; что тело более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, не погружается целиком, но некоторая часть его остается над поверхностью жидкости. Были сформулированы и другие основополагающие положения гидростатики.

Кроме математики, механики, статики и гидростатики Архимед занимался оптикой и астрономией. Архимед, как и ряд других ученых античности, сделал ряд интересных наблюдений за преломлением света и в метеорологической оптике, однако закон преломления им не был известен.

Архимед - вершина физической науки древнего мира. Зачатки опытных исследований в области физики были и у других александрийских ученых. Так, Герон Александрийский изобрел ряд приборов и механизмов, первый тепловой двигатель, проводил опыты с нагретым воздухом и паром. Герон описал диоптр - прибор для измерения углов - прототип современного теодолита.

Космография античности практически полностью геоцентрична, единственным исключением явилось учение Аристарха Самосского, который поместил в центр мира не Землю, а Солнце. Однако греческая натурфилософия не восприняла его идей, в частности потому, что в его гелиоцентрической системе оказалось затруднительным объяснить обратное движение планет. Кроме того, гелиоцентрическая система противоречила физике Аристотеля. С этой задачей, с помощью введения эпициклов, легко справился Клавдий Птолемей в своей геоцентрической системе мироздания.

Классическую форму теории эпициклических движений планет придал александрийский астроном Клавдий Птолемей (ок. 90 - ок. 160 гг. н. э.) в знаменитом сочинении «Альмагест» (это арабизированное название, у древних греков называлось «Мегале Синтаксис», т. е. «Великое построение»; оно известно также как «Великое математическое построение астрономии в 13 книгах»). В этом труде Птолемей сделал то, чего не удавалось ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым, можно было рассчитать положение той или иной планеты на любой наперед заданный момент времени. Это сочинение дало стройную теорию планетных движений, но исходило из неверного принципа неподвижности Земли в центре мира. Это была логически стройная кинематическая схема Вселенной, которая, несмотря на ложность теоретических основ, давала удовлетворительное описание основных особенностей видимого движение небесных тел. В историю науки она вошла как геоцентрическая система мира.

Натурфилософская парадигма Аристотеля оставалась основой общепризнанной картины мира на протяжении почти двух тысяч лет, до XVI века. Фома Аквинский объединил систему Аристотеля с христианской философией. И лишь в эпоху Возрождения большинство философов стало отдавать пальму первенства Платону.

Наступившая в XVI - XVII вв. новая историческая эпоха поставила в центр научных интересов астрономию и астрологию. В развитии первой нуждались мореплаватели, требовалось также уточнить календарь -- расчет дней равноденствия, пасхалий, разобраться с вопросом об угловых размерах Луны и т. п. Что касается астрологии, то в этот век, когда все были суеверны, ее услуги пользовались большим спросом.

Вместе с тем громоздкость системы Птолемея не позволяла получать точные данные о движении Солнца и Луны, а это, в свою очередь, тормозило реформу календаря. Чтобы произвести революционный шаг и признать, что в центре Вселенной находится не Земля, а Солнце, понадобился гениальный ум Николая Коперника, создавшего гелиоцентрическую систему мира.

Отвергая аргументы Аристотеля и Птолемея, Коперник отмечал, что «вращается не только Земля вместе с соединенной с ней водной стихией, но и немалая часть воздуха и все, что состоит в каком-либо родстве с Землей». Не следует удивляться и тому, что смещение звезд при движении Земли не замечается: ведь «размеры мира столь велики, что хотя расстояние от Земли до Солнца имеет достаточно большие размеры по сравнению с размерами сферы любой планеты, оно, тем не менее, неощутимо мало по сравнению со сферой неподвижных звезд». Поэтому «легче принять это допущение, чем ломать голову над бесконечным множеством сфер, как это вынуждены делать те, кто удерживает Землю в центре мира». Copernic N. De revolutionibus orbium coelestium. - Paris, 1934. - P. 89.

В расхождении с физикой Аристотеля современники увидели слабость системы мира Коперника. Позже эта слабость обернулась силой, т. к. послужила одной из предпосылок смены физической парадигмы. В мировоззренческом смысле система Коперника знаменовала освобождение науки от теологии, а также означала возврат от Аристотеля к Пифагору и Платону. Учение Коперника произвело настоящую революцию не только в астрономии, но и во всем мировоззрении. Коперник стер грань между «земным» и «небесным».

Над развитием идей Коперника о бесконечности Вселенной думали Николай Кузанский и Джордано Бруно. У Вселенной нет центра, писал Кузанский, она потенциально бесконечна. Дж. Бруно сделал следующий шаг и заявил, что Вселенная бесконечна актуально, а мир и Бог - это одно и то же. Не нужна, согласно Бруно, и гипотеза Аристотеля о различии материи и формы - это также одно и то же. Но прославила Бруно на века другая идея - концепция множественности обитаемых миров. Джордано Бруно выдвинул идею множественности миров, которую можно трактовать как принцип эквивалентности разных мест во Вселенной, имеющей фундаментальное методологическое значение и в современной космологии. Основная идея натурфилософии Д. Бруно - бесконечность и однородность Вселенной и неисчислимость миров звезд, тождественных по своей природе Солнцу. У Бруно не только Земля, но и Солнце перестает быть центром Вселенной, последняя вообще не имеет центра. Он также допускал возможность существования внеземных цивилизаций, считал, что Вселенная бесконечна и включает бесчисленное множество миров, подобных Солнечной системе. «Существуют… бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как наши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца». Бруно Дж. О бесконечности Вселенной и мира. - М.: Соцэкгиз, 1936. - С. 131.

Ученый мир долго не мог принять систему Коперника. Тихо де Браге придумал собственную систему движения планет мира. Он утверждал, что все планеты, за исключением Земли, обращаются вокруг Солнца. Оно тоже, в свою очередь, обращается вокруг Земли. Приведя к такому компромиссу две системы - гелиоцентрическую и геоцентрическую, ученый примирял последователей и оппонентов теории Коперника. Тихо Браге ушел из жизни, не успев доказать свою теорию. Уже после его смерти И. Кеплер, используя эти таблицы, открыл свои законы движения планет вокруг Солнца. Это было очередное торжество идей Коперника.

Последующие шаги в создании механической картины мира были сделаны итальянским ученым, одним из основателей точного естествознания Галилео Галилеем и немецким астрономом Иоганном Кеплером. Оба они были убежденными последователями Коперника. Галилей впервые использовал подзорную трубу собственной конструкции для астрономических наблюдений, обнаружив горы на Луне, т. е. открыв, что «Луна имеет не идеальную форму шара, присущую якобы лишь телам «небесной природы», а имеет вполне «земную» природу» Галилей Г. Избранные труды. Диалог о двух системах мира. - М.: Наука, 1964. Т. 1. - С. 640.. Таким образом, была поколеблена идея, идущая еще от Аристотеля, о принципиальном различии между «совершенными» небесными телами и несовершенными земными.

Другие астрономические открытия Галилея - обнаружение четырех спутников Юпитера (1610 г.), выявление фаз Венеры, наблюдение пятен на Солнце - имели огромное мировоззренческое значение, подтверждающее материальное единство мира. Наглядно было показано, что Земля не является единственным центром, вокруг которого должны обращаться все тела. Наконец, он доказывает, что Млечный путь состоит из скоплений бесчисленных звезд. Эти астрономические открытия совершили подлинный переворот в астрономической науке и были важным доказательством в пользу коперниковской системы мира.

Галилео Галилей выступил также противником механики и астрономии Аристотеля. Он опровергал учение Аристотеля о том, что тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Изучая кинематику движения тел, он впервые использовал понятие инерции. Согласно господствовавшей тогда аристотелевской концепции, понятия инерции не существовало. Считалось, что всякое движение, кроме естественного, требует непрекращающегося воздействия, а прекращение воздействия приводит к немедленному прекращению движения. Галилей выступил против такой концепции.

Используя понятие инерции, Галилей объяснил, почему Земля при обращении вокруг Солнца и вращении вокруг своей оси сохраняет как атмосферу, так и все, что находится в атмосфере и на земной поверхности. Здесь проявился открытый Галилеем принцип относительности для механических явлений, известный как принцип относительности Галилея и утверждающий, что если законы механики справедливы в одной системе, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т. е. в инерциальных системах отсчета. В другой формулировке закон звучит так: никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, нельзя доказать, покоится система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. «Все законы механики во всех инерциальных системах отсчета проявляются одинаково, в них пространство и время носят абсолютный характер, т. е. интервал времени и размеры тел не зависят от состояния движения системы отсчета» Галилей Г. Избранные труды. Беседы и математические доказательства. - М.: Наука, 1964. Т. II. - С. 500.. Одновременно с законом инерции Галилей использовал и другое основное положение классической механики - закон независимости действия сил. Он применил его к движению тел в поле силы тяжести Земли.

В своих философских воззрениях, опирающихся на естественнонаучные выводы, Галилей стоит на позициях новой основанной им механической натурфилософии механистического естествознания. Он исходит из признания бесконечной и вечной Вселенной, всюду единой, утверждает, что небесный мир состоит из таких же физических тел, как и Земля. Все явления природы, по его мнению, подчиняются одинаковым законам механики. Сама материя как реальная субстанция вещей состоит из абсолютно неизменных атомов (здесь Галилей опирается на атомизм Демокрита); всевозможные ее проявления сводятся к чисто количественным свойствам, поэтому все в природе можно измерить и вычислить; движение материи выступает в единой, универсальной механической форме. Во всех явлениях природы, по представлениям Галилея, обнаруживается строгая механическая причинность, поэтому в отыскании причин явлений и познании их внутренней необходимости состоит основная, подлинная цель науки, «высшая ступень знания».

Источником познания, по Галилею, является опыт. Он осуждал схоластику, оторванную от действительности и опирающуюся исключительно на авторитеты. Метод научного исследования Галилея сводился к тому, что из наблюдений и опытов устанавливается предположение - гипотеза, проверка которой на практике дает физический закон. В основных чертах этот метод стал методом естествознания. Галилей имел веские основания считать, что и его теория, и его методология превосходят научные построения и метод последователей Аристотеля. Объективная истинность идей Коперника - Галилея обосновывалась как рациональными аргументами, так и практикой.

До Галилея физика и математика существовали порознь. Он связал физику, объясняющую характер и причины движения, и математику, позволяющую описать это движение, т. е. сформулировать его закон. Как один из основателей классической механики, Галилей сделал два принципиально важных шага: обратился к физическому опыту и связал физику с математикой. На его стороне было принципиальное преимущество методологии теоретического уровня познания над выродившейся методологией схоластической псевдонауки.

Историческая заслуга Галилея состояла не только в том, что он показал ошибочность трактовки многих физических явлений в трудах Аристотеля, но и в том, что он преодолевал саму методологию иллюзорного оправдания обыденных наивных представлений при помощи доктринерской формы, опиравшейся на авторитет Аристотеля. В конкретных условиях XVII в. схоластика была уже могилой науки, ее вырожденной, иллюзорной формой.

Галилей гениально предвосхитил важнейший принцип построения системы теоретического знания: исходные универсальные формы мирового порядка, отраженные в форме теоретических фундаментальных понятий и принципов, становятся базисными логическими формами научного мышления о мире, логическими формами его понимания и объяснения человеком. Иначе говоря, представления о фундаментальных принципах строения мироздания, составляющие научную картину мира теоретического уровня, выступают и как логические формы универсального базисного характера, в которых наука осмысливает явления. Глубокая, необходимая взаимосвязь фундаментальных принципов мироздания и логических форм его осмысления человеком становится ведущим методологическим принципом теоретического познания мира.

Метод Галилея как метод теоретической физики состоит в том, чтобы с помощью идеализации выразить сущностную основу физических процессов и взаимодействий, используя конструктивные теоретические модели, изобразить в теории структуру сущностных связей и отношений природы, «способ действия самой природы». В связи с этим понятно, почему Галилей в полемике с последователями Аристотеля - Птолемея постоянно подчеркивал, что они не уловили общий план мироздания или исказили его.

При разработке своей системы мира Коперник исходил из предположения, что Земля и планеты обращаются вокруг Солнца по круговым орбитам. Чтобы объяснить сложное движение планет по эклиптике, ему пришлось ввести в свою систему 48 эпициклов. И лишь благодаря усилиям немецкого астронома Иоганна Кеплера система мира Коперника приобрела простой и стройный вид. Кеплер совершил следующий шаг - открыл эллиптическую форму орбит и три закона, движения планет вокруг Солнца. Первые два закона Кеплера были опубликованы в 1609 г., третий - в 1619 г.См.: Jumarie G.A. Relativistic information approach to the structural dynamics of general Systems // Cybernetica, 1976. - Vol. 19 - N 4. - P. 273-304. Наиболее важным для понимания общего устройства Солнечной системы был первый закон, утверждавший, что планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, а Солнце находится в фокусе одного из этих эллипсов. В свое время греки предполагали, что все небесные тела должны двигаться по кругу, потому что круг - самая совершенная из всех кривых. Хотя греки знали многое об эллипсах и их математических свойствах, они не дошли до понимания того, что небесные тела могут двигаться как-то иначе, нежели по кругам или сложным сочетаниям кругов. Кеплер первым отважился высказать такую идею. Его законы имели решающее значение в истории науки, прежде всего потому, что они способствовали доказательству закона тяготения Ньютона.

Кеплер настаивал на физическом объяснении явлений природы, не признавал теологических представлений (например, он доказывал, что кометы являются материальными телами), а также антропоморфного понимания природы, наделения ее духоподобными силами, выступал против алхимиков и астрологов. Учение Кеплера о законах движения планет имело огромное значение для формирования физической картины мира, открывало путь к поиску более общих законов механического движения материальных тел и систем. См.: Раджабов О.Р., Гусейханов М.К. Формирование естественнонаучной картины мира. - М.: Наука, 2006. - С. 38.

В трудах современников Галилея и Кеплера итальянского физика и математика Эванджелисты Торричелли и французского математика, физика и философа Блеза Паскаля развивалась экспериментальная физика. Кроме решения задачи о движении тела, брошенного под углом к горизонту, Торричелли впервые экспериментально доказал существование атмосферного давления в опытах с трубками с ртутью. Паскаль вошел в историю физики как автор закона о всесторонней равномерной передаче давления жидкости, закона сообщающихся сосудов и теории гидравлического пресса.

Становление и дальнейшее развитие механики зависело от математических описаний физических закономерностей, и в этом направлении необходимо выделить работы французского ученого Рене Декарта. Декарт заложил основы аналитической геометрии, применил ее аппарат к описанию перемещений тел, разработал понятия переменной величины и функции. В «Началах философии», опубликованных в 1644 г., Декарт сформулировал три закона природы. См.: Декарт Р. Избранные произведения. - М.: Госкомиздат, 1950. - 712 с. Первые два выражают принцип инерции, в третьем формулируется закон сохранения количества движения. В познании мира Декарт ставил на первое место проницательность ума. Он считал, что с помощью логических рассуждений можно построить картину мира. Последователей Декарта называли картезианцами (Картезий - латинизированное имя Декарта).

В мире Декарта материя тождественна пространству, все пространство заполнено материей, пустоты нет. Атомы отрицаются, материя делима до бесконечности. Все явления Декарт сводил к механическим перемещениям. Все взаимодействия осуществляются через давления, столкновения - одни части материи давят на другие, толкают их. Весь мир заполнен вихревыми движениями (движениями по кругу). Беспредельная делимость материи у Декарта не вполне последовательно сочетается с существованием «частиц материи». У Декарта имеются три типа таких частиц - вездесущие частицы неба, частицы огня и частицы плотной материи. Движение производится силой, исходящей от Бога. Эта же сила делит непрерывную материю на части и частицы и сохраняется в них, являясь источником их кругового (вихревого) движения, при котором одни частицы выталкиваются со своих мест другими.

Велика роль французского ученого и в развитии астрономии, Вселенная рассматривалась им как саморазвивающаяся система. Первоначально она находилась в хаотическом состоянии, затем движение частиц материи приобрело характер центробежных вихревых движений, в результате которых образовались небесные тела, включая Солнце и планеты. Таким образом, возникновение Солнечной системы и всей Вселенной происходит, по Декарту, без божественного вмешательства, на основе законов природы, «Бог так чудесно установил эти законы, что даже если предположить, что он не создал ничего, кроме сказанного (т. е. материи и движения), и не внес в материю никакого порядка, никакой соразмерности, а, наоборот, оставил лишь самый невообразимый хаос... то и в таком случае этих законов было бы достаточно, чтобы частицы хаоса сами распутались и расположились в таком прекрасном порядке, что они образовали бы весьма совершенный мир». Декарт Р. Сочинения: В 13 т. - Т. 2. - М.: Мысль, 1989. - С. 360.

Учение Декарта явилось единой наукой. Как и философы древности, Декарт включил в свое учение натурфилософию. Однако в основу своей натурфилософии Декарт положил механику, и она носила механический односторонний характер, что было характерно для физики того времени. Декарта можно считать основоположником принципа близкодействия в физике. Волновая теория света, теория электромагнитною поля, молекулярная физика являются развитием идей Декарта. Действительно, в трудах многих крупнейших физиков XIX в. можно найти идеи, которые являются развитием идей Декарта, высказанных им еще в XVII в., и фундаментальный принцип научного познания мира, согласно Декарту, состоит в том, что наука должна не просто устанавливать законы реального мира, но и находить причины всех явлений природы. Весь мир, по Декарту, - machina mundi, это сложнейший механизм, созданный величайшим мастером - Богом. Познание мира сводится поэтому к конструированию его подобия на основе умозрительных гипотез и с помощью математической теории. Если Платон утверждал, что точную науку о природе создать невозможно, то Декарт провозгласил прямо противоположное: «Математика - самая достоверная из наук, она - основа физики» Декарт Р. Рассуждения о методе. - М.-Л., 1953. - С. 54..

Образ мира у Декарта дуалистичен: существует res extensa - протяженный мир вещей и предметов и res cogitans - непротяженный и неделимый мир духа, сознания. Источником движения в мире является Бог.

Вплоть до нашего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время ньютоновско-картезианская парадигма - система мышления, основанная на идеях Ньютона и Декарта. Последнему принадлежала идея принципиальной двойственности реальности: материя и мышление (сознание) являются различными, независимыми, параллельными субстанциями, или мирами. Другими словами, мир существует независимо от воли людей. Поэтому материальный мир можно описать объективно, не включая в описание человека-наблюдателя с его специфической позицией, его субъективностью. Таким образом, идея строго объективной науки вытекает из декартовских онтологических построений.

Картезианское разделение и механистическое мировоззрение с свое время оказали благотворное влияние на развитие классической механики, но они во многом отрицательно воздействовали на нашу цивилизацию. Современная наука пытается преодолеть ограниченность этого разделения и возвращается к идее единства, которая высказывалась еще древними философами Греции и Востока. Её суть состоит в том, что все чувственно воспринимаемые предметы и явления есть различные взаимосвязанные аспекты единой реальности, поэтому изучать явления природы необходимо в их совокупности, взаимосвязи и взаимодействии. Только при этом условии мы можем представить картину мировых процессов, верно отражающую реальное положение вещей и процессов окружающего мира.

Период формирования и становления физических наук приходится примерно на XVII в.; начинается он с работ Галилея и заканчивается исследованиями Ньютона. Галилей и Кеплер, исходя из динамических и кинематических законов Аристотеля, переосмысливали его механику и в итоге перехода от геоцентризма к гелиоцентризму пришли к своим кинематическим законам. Эти законы предопределили принципиально единую для земных и небесных тел механику Ньютона со всеми сформированными им классическими законами механики, включая закон всемирного тяготения. Хотя Галилей, изучая свободное падение тел, первым ввел понятие инерции и сформулировал принцип относительности для механических движений, известный как принцип относительности Галилея, однако решающий вклад в становление механики принадлежит английскому физику Исааку Ньютону.

Теоретическое знание может выполнить свои основные функции лишь в том случае, если в нем отражена конкретная форма детерминации исследуемых явлений, прежде всего фундаментальные законы изменения состояния, взаимодействия. Эту задачу блестяще разрешил И. Ньютон. Он ввел понятие силы как причины изменения состояния движения, т. е. причины, вызывающей изменение скорости движения по величине или по направлению (или одновременно по величине и направлению). В механике Ньютона источниками и точками приложения сил являются материальные точки. Ньютон ввел также понятие основного закона механики и сформулировал систему из трех основных законов механики, названных впоследствии его именем.

Стройную логическую систему механистической картине мира придали законы механики, полученные Ньютоном и изложенные в его гениальной работе «Математические начала натуральной философии» (кратко - «Начала») в 1687 г. Ньютон больше, чем кто-либо из других мыслителей его поколения, внес в научную картину мира не только нового содержания, но и принципиально новый стиль однозначного объяснения природы. Ньютон создал основы теории гравитационного поля, вывел закон тяготения, определяющий силу тяготения, которая действует на данную массу в любой точке пространства, если заданы масса и положение тела, служащего источником сил тяготения, т. е. притягивающего к себе другие тела.

Динамические законы Ньютона не только следуют из соответствующих кинематических законов Галилея и Кеплера, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея, а также всевозможных теоретически ожидаемых отклонений от них из-за сложного строения и взаимных гравитационных возмущений взаимодействующих тел.

Первый из ньютоновских законов движения гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние». Ньютон И. Математические начала натуральной философии / Пер. А.Н. Крылова // Изв. Ник. морск. академии. Вып. IV. - Пг., 1915. - С. 36. Центральное место в системе трех законов механики занимает второй закон Ньютона - основной закон движения. Он связывает изменение состояния материальной точки с величиной и направлением действующей на неё силы: изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует. Данный закон позволяет объяснять и прогнозировать изменения механического движения тела в зависимости от величины и направления силы и от предшествующего состояния движения. На его основе можно делать точные количественные расчеты при проектировании механических устройств разнообразного назначения. Три основных закона Ньютона непосредственно применимы к движению материальной точки, но при помощи конструктивных теоретических моделей сложных объектов, представляемых в виде систем материальных точек, на их основе единообразным способом можно получить законы движения сложных объектов.

Выдающейся заслугой Ньютона явилось установление конкретного вида закона, определяющего величину действующей силы для случая гравитационного взаимодействия, - закона всемирного тяготения. Существенно важно то обстоятельство, что в рамках классической физики не была установлена природа гравитации, как она не установлена и в современной физике. Тем не менее, к досадному недоразумению, в философской литературе иногда, само собой разумеется тождество между математическими описаниями сил природы и физической их сущностью. Данная оплошность часто вызывает отрицательное отношение к философии со стороны физиков. Касаясь сущности физических тел, ещё до И. Ньютона Г. Галилей в своем труде «Диалог о двух главнейших системах мира» рассуждал: «… вы должны были бы сказать, всякий знает, что это называется тяжестью, но я вас спрашиваю не о названии, а о сущности вещи; об этой сущности вы знаете ничуть не больше, чем о сущности того, что движет звезды по кругу, за исключением названия, которое было к нему приложено и стало привычным и ходячим благодаря опыту, повторяющемуся на наших глазах тысячу раз в день. Но это не значит, что мы в большей степени понимали и знали принцип или ту силу, которая движет книзу камень, сравнительно с теми, которые, как мы знаем, дают камню при отбрасывании движение вверх или движет Луну по кругу. Мы не знаем ничего, за исключением, как я сказал, названия, которое для данного специального случая известно как «тяжесть», тогда как для другого имеется более общий термин - «приложенная сила», или же «образующее разумение», и для бесконечного множества других движений выставляется причиной природа». Галилей Г. Избранные труды. Диалог о двух системах мира. - М.: Наука, 1964. - Т. 1. - С. 364.

И. Ньютон также столкнулся с проблемой объяснения природы тяготения и вынужден был признать: «До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причину самого тяготения… Все же, что не приводится из явлений, должно называться гипотезою, гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии.

В такой философии предложения выводятся из явлений и обобщаются с помощью наведения … Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам, и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря». Ньютон И. Математические начала натуральной философии // Собр. тр. акад. А.Н. Крылова. Т. 7. - М.; Л., 1936. - С. 661-662. С самых первых страниц своих знаменитых «Начал», касаясь природы тяготения, он замечает: «Эти понятия должно рассматривать как механические, ибо я ещё не обсуждаю физических причин и места нахождения сил». Там же. - С. 29.

Как было упомянуто выше, в своих исследованиях природы И. Ньютон все-таки надеялся отыскать причину гравитации, однако после тщательного математического истолкования, о чем свидетельствует следующее его рассуждение: «Я исследую в этом сочинении не виды сил и физические свойства их, а лишь их величины и математические соотношения между ними, как объяснено в определениях. Математическому исследованию подлежат величины сил и те соотношения, которые следуют из произвольно поставленных условий. Затем, обращаясь к физике, надо эти выводы сопоставить с совершающимися явлениями, чтобы распознать, какие же условия относительно сил соответствуют отдельным видам обладающих притягательною способностью тел. После того, как это сделано, можно будет с большею уверенностью рассуждать о родах сил, их причинах и физических между ними соотношениях». Там же. - С. 244.

Но уже в 1713 году в письме к епископу Бентли И. Ньютон высказывает мысль, которая осталась наиболее характерной в его понимании причин гравитации: «Нельзя представить себе, каким образом неодушевленное грубое вещество могло бы - без посредства чего-либо постороннего, которое нематериально, - действовать на другое вещество иначе, как при взаимном прикосновении. А как должно бы быть, если бы тяготение было, в смысле Эпикура, присуще материи. Допустить, что тяготение врожденно материи, присуще ей так, что одно тело должно действовать на расстоянии через вакуум на другое без посредства чего-либо постороннего, с помощью которого действие и сила от одного тела приводится к другому, есть для меня такая нелепость, что, полагаю, в нее не впадет ни один человек, способный к мышлению о философских вещах. Тяготение должно причиняться некоторым факторам, действующим согласно определенным законам. Какой это фактор - материальный или нематериальный - я представил размышлению читателя». Климишин И.А. Релятивистская астрономия. - М., 1989. - С. 33.

Основываясь на законе всемирного тяготения, он считал, что если бы в бесконечном пространстве Вселенной существовало конечное количество космической материи, сосредоточенной локально, в каком-либо одном месте, то под действием гравитационного притяжения все материальное слиплось бы в одну сплошную массу с высокой плотностью. В одном из своих писем он писал: «Если материя равномерно распределена в бесконечном пространстве, то она никогда не смогла бы собраться в единую массу, но часть её собралась бы в одну массу, часть - в другую, с тем чтобы образовать бесконечное количество больших масс, рассеянных на значительных расстояниях друг от друга по всему бесконечному пространству». Клайн М. Математика. Утрата определенности. - М., 1984. - С. 73.

Так, основываясь на данном соображении, И. Ньютон разработал в качестве противоположной модели с конечным количеством материи космологическую модель с бесконечным количеством материи, т. е. в бесконечном пространстве Вселенной находилось и бесконечное количество космической материи в виде известных в то время форм астрономической организации материи как звезды, планеты, кометы и т. п. Данная космологическая модель интуитивно казалась в совершенстве удовлетворяющей всем требованиям механистической картины мира и «здравого смысла».

Ньютону принадлежит также открытие, имеющее принципиальное методологическое значение, - законы движения существенно связаны с законами сохранения (он установил, что закон сохранения количества движения является следствием второго и третьего законов механики). Позже были открыты законы сохранения «живых сил» (закон сохранения энергии в механическом движении - Г. Лейбниц, И. Бернулли, Ж. Лагранж) и момента вращения (Л. Эйлер, Д. Бернулли). И. Ньютон полагал, что мир состоит из корпускул, образующих тела и заполняющих пустоты между ними. Молодой Ньютон считал, что взаимодействие через пустоту осуществляет Бог. Позднее он приходит к гипотезе эфира как переносчика взаимодействия.

Научной философией Ньютона являлась экспериментальная философия. В ее основу были положены следующие правила философствования:

1. Не должно приписывать природных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений.

2. Следует, насколько возможно, приписывать одним и тем же следствиям одни и те же причины.

3. Основой научных доказательств является эксперимент, причем непосредственный, а не мысленный, как это предлагал Декарт.

«Вера Ньютона в определенный порядок в природе, закономерность, его убежденность в существовании причинно-следственных связей между явлениями природы дали ему возможность математически обосновать эти зависимости, создать метод «флюксий» - основу дифференциального и интегрального исчислений. Возможность применения математического описания к самым различным областям знания указывала на то, что внутренние процессы в природе протекают во многом одинаково. Природа предстала перед учеными как единая, взаимосвязанная система». Грибанов Д.П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности. - М.: Наука, 1987. - С. 81. Принципы построения «Начал», где изложена механистическая картина мира, Ньютон заимствовал у Евклида: сначала формулируются аксиомы, или законы, затем из них выводятся следствия, которые можно проверить на опыте. Декарт развивал гипотетическую физику, в основе которой лежали умозрительные предположения, не следующие непосредственно из опыта. Физика принципов Ньютона основана на введении аксиом, которые могут не иметь логического обоснования, но истинность которых доказывается опытом.