Концепции современного естествознания

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебное пособие Санкт-Петербург Нива

ББК 87. 3.

Б 30

Б 30 Концепции современного естествознания. Учебное пособие. — Санкт — Петербург: Нива, 2002 — … с.

ISBN 5−86 456−107-X

ISBN 5−86 456−107-X

© Нива, 2002

Глава 1. Естественно — научная и гуманитарная культуры…

1.1.Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур…

1.2. Наука в духовной культуре общества…

1.3. Этика науки…

Глава 2. Научный метод. Логика и методология развития естествознания…

2.1. Наука как процесс познания

2. 2. Логика и закономерности развития науки

2.3. Принципиальные особенности современной естественной научной картины мира

Глава 3. Структурные уровни организации материи…

3. 1. Макромир: концепции классического естествознания…

3. 2. Квантово — механическая концепция описания микромира

3. 3. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции

Глава 4. Пространство и время в современной научной картине мира…

4.1. Развитие взглядов на пространство и время в истории науки

4.2. Пространство и время в свете теории Альберта Эйнштейна

4.3. Свойства пространства и времени

Глава 5. Химическая наука об особенностях атомно-молекулярного уровня организации материи……

5.1. Предмет познания химической науки и ее проблемы

5. 2. Методы и концепции познания в химии

5. 3. Учение о составе вещества

5. 4. Уровень структурной химии

5. 5. Учение о химических процессах

5. 6. Эволюционная химия

ГЛАВА 6. Особенности биологического уровня организации материи. Проблемы генетики

6. 1. Предмет биологии. Её структура и этапы развития.

6.2. Сущность живого, его основные признаки

6.3. Структурные уровни живого

6.4.Клетка как «первокирпичик» живого, её строение и функционирование. Механизм управления клеткой

6.5. Принципы биологической эволюции

6.6. Предмет генетики. Генетика и практика

6. 7. Биоэтика

Глава 7. Биосфера. Ноосфера. Человек.

7. 1. Биосфера

7. 2. Человек и биосфера

7. 3. Система: природа — биосфера — человек

7. 4. Взаимосвязь космоса и живой природы

7. 5. Противоречия в системе: природа — биосфера — человек

ГЛАВА 8. Человек как предмет естественно — научного познания

8. 1. Человек — дитя Земли

8. 2. Проблема антропогенеза

8.3. Биологическое и социальное в историческом развитии человека. Продолжается ли биологическая эволюция Homo Sapiens?

8.4. Биологическое и социальное в онтогенезе человека

8.5. Социобиология о природе человека

8. 6. Социально — этические проблемы генной инженерии человека

8. 7. Бессознательное и сознательное в человеке

8. 8. Человек: индивид и личность

8. 9. Экология и здоровье человека

Глава 1.

Естественно — научная и гуманитарная культуры

1.1. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур

Культура — это совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей, а также сама человеческая способность эти ценности производить и использовать.

С помощью данного понятия обычно подчеркивают надприродный, чисто социальный характер человеческого бытия. Культура — это все, что создано человеком как бы в добавление к природному миру, хотя и на основе последнего.

Именно эта двойственность мира культуры и является в конечном счете основанием возникновения двух ее типов, которые принято называть естественнонаучным и гуманитарным. Предметная область первого — чисто природные свойства, связи и отношения вещей, «работающие» в мире человеческой культуры в виде естественных наук, технических изобретений и приспособлений, производственных технологий и т. д. Второй тип культуры — гуманитарный — охватывает область явлений, в которых представлены свойства, связи и отношения самих людей как существ, с одной стороны, социальных (общественных), а с другой — духовных, наделенных разумом. В него входят: «человековедческие» науки (философия, социология, история и др.), а также религия, мораль, право и т. д.

1.1.1. Истоки и предмет спора двух культур

Наличие в единой человеческой культуре двух разнородных типов (естественнонаучного и гуманитарного) стало предметом философского анализа еще в ХIХ в. В ХХ в. эта проблема перешла уже и в практическую плоскость:

Возникло четкое ощущение растущего разрыва естественно — научной и гуманитарной культур. Проще говоря, гуманитарии и «естественники» («технари») элементарно перестали понимать друг друга.

К взаимопониманию можно прийти, начав хотя бы с анализа причин и условий появления взаимонепонимания. Почему, например, конфронтация естественно — научной и гуманитарной культур обострилась именно в XX веке, причем во второй его половине? Ответ на этот вопрос очевиден. Это время отмечено грандиозными успехами естествознания и практических его воплощений. Гуманитарная же культура предъявить что-нибудь равноценное не смогла.

Естественные науки часто именуются «точными», а гуманитарные — «неточными». Интуитивно ясно, что как бы гуманитарные науки ни старались, достичь точности, строгости и доказательности наук естественных им не дано. Подобное положение давно уже служит главной мишенью для критических стрел представителей естествознания. Поведение природных объектов однозначно детерминировано законами природы и поэтому четко предсказуемо. Другое дело — человек, обладающий свободой воли. Нет таких законов в природе, которые бы однозначно предписывали человеку, по каким траекториям ему перемещаться, какой род занятий (гуманитарный или естественно научный) предпочесть или как свою страну обустроить. Гуманитарные науки «очеловечивают», наполняют смыслом и ценностью холодно — безразличный к нуждам человека природный мир. И в конце концов, что для человека важнее: знать, из каких клеток и тканей он состоит или в чем смысл его существования?

1.1.2. «Науки о природе» и «науки о духе»

Постановка этой проблемы принадлежит неокантианцам Вильгельму Виндельбанду, Генриху Риккерту и представителю «философии жизни» Вильгельму Дильтею.

Объяснение — понимание. Природа для нас есть нечто внешнее, материальное, чуждое. Ее явления безгласны, немы и холодно равнодушны по отношению к нам. А сведение явлений природы к их причинам и законам существования есть объяснение — главная и определяющая познавательная процедура в науках о природе.

Науки о духе, напротив, имеют дело с предметом не внешним, а внутренним для нас. Явления духа даны нам непосредственно, мы их переживаем как свои собственные, глубоко личные. Поэтому дела человеческие подлежат не столько объяснению, сколько пониманию.

Именно поэтому истины в науках о природе доказываются: объяснение одинаково для всех и общезначимо. Истины же в науках о духе лишь истолковываются, интерпретируются: мера понимания, чувствования, сопереживания не может быть одинаковой.

Генерализация — индивидуализация. Другим существенным основанием выделения специфики наук о природе и наук о духе являются особенности метода исследования. Для первых характерен метод «генерализазующий» (выделяющий общее в вещах), для вторых — «индивидуализирующий» (подчеркивающий неповторимость, уникальность явления).

Отношение к ценностям также различно у двух групп обозначенных наук. Ценность — общественная или личная значимость для человека тех или иных явлений природной и социальной реальности. Естественные науки добровольно принимают «диктатуру фактов», которые должны найти свое объяснение совершенно независимо от каких бы то ни было предпочтений и приоритетов познающего субъекта. Умение анализировать мир в его собственной логике и законосообразности, видеть мир таким, «каков он есть сам по себе» — важнейшее достоинство естествознания. Гуманитарные же науки раскрывают не только то, что в социальном мире реально есть, но и то, что в нем должно быть. Поэтому ценностная составляющая знания оказывается существенной в основном для гуманитаристики.

Антропоцентризм есть представление о центральном месте человека в мироздании в целом. Естествознание потратило немало усилий, чтобы избавиться от него на своем первом этапе. Для гуманитариев же человек по-прежнему находится в центре внимания, представляет собой главную ценность и важнейший объект интереса. Гуманитарное знание антропоцентрично по определению.

Идеологическая нейтральность — загруженность. Идеология представляет собой теоретическое знание, в котором представлен тот или иной социально-групповой интерес. Гуманитарные науки, в силу специфики своего предмета, невольно оказываются идеологически нагруженными. Мир природы же в естествознании не является полем столкновения противоречивых общественных интересов.

1.1.3. Единство и взаимосвязь естественно — научной и гуманитарной культур

Оба типа культуры неразрывно связаны по следующим соображениям:

А. Они являются творениями человеческого разума.

Б. Они активно формируют соответствующие части мировоззрения людей. Поскольку мировоззрение есть целостная система, естествознание и гуманитаристика вынуждены взаимодействовать.

В. Наличие многих «пограничных» проблем, предметная область которых едина для того и другого.

Г. Размежевание данных областей знания можно рассматривать как один из этапов разделения труда, диктующего необходимость «обмена продуктами и услугами».

Д. Однородность достижений и заблуждений обеих областей.

Е. Синхронность исторического развития того и другого: переход от классики к модернизму и т. д.

Ж. Относительность критериев разграничения естественных и гуманитарных наук: внимание первого к социальным ценностям и др.

Единство и взаимосвязь двух культур видно сегодня в следующем:

1. в изучении сложных социоприродных комплексов, включающих человека и общество;

2. в осознании необходимости «гуманитарных экспертиз» естественно — научных программ;

3. в формировании общей методологии познания, основанной на идеях эволюции, вероятности и самоорганизации;

4. в гуманитаризации естественно — научного и технического образования и натурализации образования гуманитарного;

5. в создании дифференцированной, но единой системы ценностей, позволяющей четче определить перспективы развития человечества в XXI веке.

1.2. Наука в духовной культуре общества

Наука — это специализированная система идеальной, знаково-смысловой и вещественно — предметной деятельности людей, направленная на достижение максимально достоверного истинного знания о действительности. Она включает следующие элементы: субъект, объект, цель, средства, конечный продукт, социальные условия, активность субъекта.

Субъект — носитель сознательной целенаправленной деятельности.

Объект — все состояния бытия, являющегося сферой приложения активности субъекта.

Цель — предвосхищение в мышлении человека средств, последовательности и результатов осуществления деятельности;

цель науки — описание, объяснение, предсказание, истолкование процессов и явлений.

Средства — способы и орудия достижения цели;

Средства науки — методы мышления — правила, следуя которым можно оптимально достичь положителньго результата.

Конечный продукт, результат — итог, завершение, показатель осуществленной последовательности действий; смысл науки — получение научного знания, которое отличается следующими показателями:

объективная истинность (наибольшая степень соответствия свойствам объекта, отсечение пристрастий, оценок самого ученого);

систематизированность;

логическая обоснованность;

полнота для данного уровня познания;

открытость для компетентной критики;

интерсубъективность (т.е. знание есть результат деятельности не одного ученого, а целостного процесса развития науки, поэтому открытия одних ученых проверяют другие);

практическая применимость.

Формы научного знания:

научные факты; гипотезы; проблемы; законы; теории; концепции;

научные картины мира.

Результаты науки:

научный способ рациональности; технические и методические

новации; нравственные ценности.

Социальные условия науки — совокупность элементов организации научной деятельности в обществе, государстве.

Активность субъекта — один из важнейших элементов функционирования науки.

Современная наука есть сложное системное образование, состоящее из следующих разделов:

Естествознание — система знаний, объектом которых является природа.

Обществознание — система наук об обществе — части бытия, постоянно воссоздающаяся в деятельности людей.

Экономические науки — системы знаний о материальном производстве.

Социальные науки изучают законы и специфику макро — и микрообъединений и общности людей (социология, демография, этнография, история).

Технические науки изучают законы и специфику создания и функционирования сложных небиологических устройств.

Гуманитарные науки — системы знаний, предметом которых являются ценности общества: идеалы, цели, нормы, правила мышления, общения и поведения.

Антропологические науки — науки о человеке в единстве и различии его природных и общественных свойств.

Универсальное основание взаимосвязи всех перечисленных областей знания состоит в человеческом бытии.

1.3. Этика науки

Этика науки изучает специфику моральной регуляции в научной сфере, в частности: отыскание и обоснование ценностей, норм, правил, которые бы способствовали большей эффективности научного труда и его безупречности с позиций общественного блага.

1.3.1. Этика научного общества включает следующие принципы:

а) самоценность истины: какой бы «печальной» или «низкой» не оказывалась обнаруженная истина, она должна восторжествовать.

Б) новизна научного знания как цель и решающее условие успеха ученого: наука жива только непрерывным приращением, обновлением знания.

В) полная свобода научного творчества: действия не «по нужде», а на основе свободного выбора всегда бывают намного успешнее.

Г) абсолютное равенство всех исследователей «перед лицом истины»: подавляющее большинство открытий в науке делается очень молодыми людьми, еще нее обремененными званиями, должностями и прочими регалиями.

Д) научные истины — всеобщее достояние: открытие только тогда становится открытием, когда оно проверено и признано научным сообществом; тот, кто получает выдающийся результат, не вправе им монопольно распоряжаться.

Е) исходный критицизм: всякая новая теория поневоле отрицает, критикует уже существующую и в то же время сама попадает под огонь критики сложившейся научной традиции.

1.3.2. Этика науки как социального института

Потребность в этической регуляции науки как социального института в конце XX века порождена тем, что некоторые цели — ценности внутреннего этоса науки столкнулись с ценностями общесоциального и общезначимого порядка. Наука всегда отстаивала требование полной свободы творчества и выбора стратегий научного поиска и экспериментирования. Современные же требования общественного контроля за принятием в науке ключевых решений приводят научное сообщество в некоторое смущение.

Итоговое решение проблемы наверняка будет диалектическим, т. е. совмещающим противоположности. Свобода, как известно со слов Бенедикта Спинозы, есть познанная необходимость.

Свобода научного творчества также должна быть внутренне детерминирована необходимостью принятия ограничений, связанных с возможными негативными последствиями научных исследований. Общество вводит правовые ограничения на потенциально социально опасные исследования и эксперименты. Так, принятая в 1996 г. Парламентской Ассамблеей Совета Европы Конвенция «О правах человека и биомедицине» однозначно запретила создание эмбрионов человека в исследовательских целях, вмешательство в геном человека с целью изменения генома его потомков. А после появившихся в 1997 г. сенсационных сообщений о клонировании овец к Конвенции был принят специальный «Дополнительный протокол», запретивший любые манипуляции с генетическим материалом, имеющие целью создание генетически идентичных его копий.

ГЛАВА 2. НАУЧНЫЙ МЕТОД. ЛОГИКА И МЕТОДОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

XX век — век науки. Ее авторитет в обществе прочен и устойчив. Общее доверие к науке настолько велико, что мы порой просто отождествляем понятия «знание» и «научное знание», считая их почти синонимами. Но это далеко не так. Существует немало видов знания, источником которых является отнюдь не наука, а житейский опыт, эстетические впечатления, религиозное откровение и т. д. Однако научное знание превосходит остальные виды своей полнотой, убедительностью и чисто практическими силой и пользой, что достигается посредством научного метода: это такая процедура получения научного знания, с помощью которого его можно воспроизвести, проверить и передать другим.

2.1. Наука как процесс познания

По большому историческому счету наука — сравнительно молодое социальное образование. Ей никак не более 2,5 тыс. лет.

2.1.1. Особенности научного познания

Европейской родиной науки считается Древняя Греция. «Учеными» в современном значении этого слова их сделал пристальный интерес к самому процессу мышления, его логике и содержанию. Древнегреческие мудрецы не просто собирали и накапливали факты, суждения, откровения или высказывали новые предположения, они начали их доказывать, аргументировать, т. е. логически выводить одно знание из другого, тем самым придавая ему систематичность, упорядоченность и согласованность.

Причем была сформирована не только привычка к доказательству, но проанализирован и сам процесс доказывания, создана теория доказательств — логика Аристотеля.

Античная наука дала и первый, доныне непревзойденный образец, канон построения законченной системы теоретического знания — геометрию Евклида.

Благодаря всем этим новациям античная культура за очень кроткий исторический срок создала замечательные математические теории (Евклид), космологические модели (Аристарх Самосский), сформулировала ценные идеи целого ряда будущих наук — физики, биологии и т. д. Но самое важное — был апробирован первый образец подлинно научного знания, интуитивно поняты основные его особенности, резко отличающие его от донаучного и вненаучного знания.

2.1.2. Структура научного знания

Основными элементами научного знания являются:

· твердо установленные факты;

· закономерности, обобщающие группы фактов;

· теории, представляющие собой системы закономерностей, в совокупности описывающей некий фрагмент реальности;

· научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в которых сведены в некое системное единство все теории, допускающие взаимное согласование.

Существует два уровня научного познания: эмпирический и теоретический.

Проблема различения двух уровней научного познания — теоретического и эмпирического (опытного) — вытекает из одной специфической особенности его организации. Суть этой особенности заключается в существовании различных типов обобщения доступного изучения материала. Наука ведь устанавливает законы. А закон — есть существенная, необходимая, устойчивая, повторяющаяся связь явлений, т. е. Нечто общее, а если строже — то и всеобщее для того или иного фрагмента реальности.

Общее же (или всеобщее) в вещах устанавливается путём абстрагирования, отвлечения от них тех свойств, признаков, характеристик, которые повторяются, являются сходными, одинаковыми во множестве вещей одного класса.

Разница в способах отыскания общего в вещах, т. е. установления закономерностей, и разводит эмпирический и теоретический уровни познания.

В наше время стандартная модель строения научного знания выглядит примерно так. Познание начинается с установления путём наблюдения или экспериментов различных фактов. Если среди этих фактов обнаруживается некая регулярность, повторяемость, то в принципе можно утверждать, что найден эмпирический закон, первичное эмпирическое обобщение. И всё бы хорошо, но, как правило, рано или поздно отыскиваются такие факты, которые никак не встраиваются в обнаруженную регулярность. Тут на помощь призывается творческий интеллект учёного, его умение мысленно перестроить известную реальность так, чтобы выпадающие из общего ряда факты вписались, наконец, в некую единую схему и перестали противоречить найденной эмпирической закономерности.

2. 1. 3. Критерии и нормы научности

Возникает вопрос: можно ли чётко отграничить псевдонаучные идеи от идей собственно науки ?

Для этих целей разными направлениями методологии науки сформулировано несколько принципов. Один из них получил название принципа верификации: какое — либо понятие или суждение имеет значение, если оно сводимо к непосредственному опыту или высказываниям о нём, т. е. эмпирически проверяемо.

Принцип верификации позволяет в первом приближении отграничить научное знание от явно вненаучного. Однако он не может помочь там, где система идей скроена так, что решительно все возможные эмпирические факты в состоянии истолковать в свою пользу — идеология, религия, астрология и т. п. В таких случаях полезно прибегнуть ещё к одному принципу разграничения науки и ненауки, предложенному крупнейшим философом ХХ в. К. Поппером, — принципу фальсификации. Он гласит: критерием научного статуса теории является её фальсифицируемость или опровержимость.

Сами работающие в науке учёные считают вопрос о разграничении науки и ненауки не слишком сложным. Дело в том, что они интуитивно чувствуют подлинно и псевдонаучный характер знания, так как ориентируются на определённые нормы и идеалы научности, некие эталоны исследовательской работы. В этих идеалах нормах науки выражены представления о целях научной деятельности и способах их достижения. Хотя они исторически изменчивы, но всё же во все эпохи сохраняется некий инвариант таких норм, обусловленный единством стиля мышления, сформированного ещё в Древней Греции. Его принято называть рациональным. Этот стиль мышления основан по сути на двух фундаментальных идеях:

природной упорядоченности, формального доказательства как главного средства обоснованности знания.

В рамках рационального стиля мышления научное знание характеризуют следующие методологические критерии:

универсальность, согласованность или непротиворечивость, обеспечиваемая дедуктивным способом развёртывания системы знания;

простота;

объяснительный потенциал;

наличие предсказательной силы.

2. 1. 4. Границы научного метода

Достижения научного метода огромны и неоспоримы. С его помощью человечество не без комфорта обустроилось на всей планете, поставило на себе на службу энергию воды, пара, электричества, атома, начало осваивать околоземное космическое пространство и т. п.

Если наука и дальше будет развиваться с таким ускорением, какие удивительные перспективы ожидают человечество!

Сегодня общество смотрит на науку куда более трезво. Оно начинает постепенно осознавать, что у научного подхода есть свои издержки, область действия и границы применимости. В методологии науки вопрос о границах научного метода дебатируется по крайней мере со времён И. Канта. То, что развитие науки непрерывно наталкивается на всевозможные преграды и границы, — естественно. На то и разрабатываются научные методы, чтобы их преодолевать. Но, к сожалению, некоторые из этих границ пришлось признать фундаментальными. Преодолеть их, вероятно, не удастся никогда.

Одну из таких границ очерчивает наш опыт (во всех возможных формах). А опыт наш, хотя и велик, но неизбежно ограничен.

Другой пограничный барьер на пути к всемогуществу науки возвела природа человека. Загвоздка оказалась в том, что человек — существо макромира (т.е. мира предметов, сопоставимых по своим размерам с человеком). И средства, используемые учёными в научном поиске — приборы, язык описания и пр., — того же масштаба. Когда же человек со своими макроприборами макропредставлениями о реальности начинает штурмовать микро — или мегамир, то неизбежно возникают нестыковки. Наши макропредставления не подходят к этим мирам, никаких прямых аналогов привычным нам вещам там нет, и поэтому сформировать макрообраз, полностью адекватный микромиру невозможно.

Другую пограничную полосу наука соорудила себе сама. Мы привыкли к выражениям типа: «наука расширяет горизонты». Это, конечно, верно. Но не менее верно и обратное утверждение: наука не только расширяет, но и значительно сужает горизонты человеческого воображения. Любая теория, разрешающая одни явления, как правило, запрещает другие.

И наконец, ещё одно значимое ограничение потенциала научного метода связано с его инструментальной по сути природой. Научный метод — инструмент в руках человека, обладающего свободой воли. Он может подсказать человеку, как добиться того или иного результата, но он ничего не может сказать о том, что надо человеку делать. Наука — это рассказ о том, что в этом мире есть и что в принципе может быть. О том же, что «должно быть» в социальном, конечно, мире — она молчит. Это уже предмет выбора человека, который он должен сделать сам. «Научных рекомендаций» здесь быть не может.

2. 2. Логика и закономерности развития науки

Две с половиной тысячи лет истории науки не оставляют сомнения в том, что она развивается, т. е. необратимо качественно изменяется со временем. Фактическая история науки внешне выглядит достаточно дробно и хаотично. Но наука изменила бы самой себе, если бы в этом «броуновском движении» гипотез, открытий, теорий не попыталась бы отыскать некую упорядоченность, закономерный ход становления и смены идей и концепций, т. е. обнаружить скрытую логику развития научного знания.

Прежде полагали, что в науке идёт непрерывное приращение научного знания, ныне логика развития науки представляется иной: последняя развивается не непрерывным накоплением новых фактов и идей, не шаг за шагом, а через фундаментальные теоретические сдвиги. Пошаговую логику неспешной эволюции науки сменила логика научных революций и катастроф. Ввиду новизны и сложности проблемы в методологии науки ещё не сложилось общепризнанного подхода или модели логики развития научного знания.

2. 2. 1. Общие модели развития науки

Пожалуй, наибольшее число сторонников, начиная с 60 — х гг. нынешнего века, собрала концепция развития науки, предложенная американским историком и философом науки Томасом Куном.

Он ввел в методологию науки принципиально новое понятие — «выделить парадигма».

Буквальный смысл этого слова — образец. В нем фиксируется существование особого способа организации знания, подразумевающего определенный набор предписаний, задающих характер видения мира, а значит, влияющих на выбор направлений исследования. В парадигме содержатся также и общепринятые образцы решения конкретных проблем.

Переходы от одной научной парадигмы к другой. Т. Кун сравнивал с обращением людей в новую религиозную веру. Утверждение новой парадигмы осуществляется в условиях мощного противодействия сторонников прежней парадигмы, поэтому выбор принципов, которые составят будущую успешную парадигму, осуществляется учеными не столько на основании логики или под давлением эмпирических фактов, сколько в результате внезапного «озарения», «просветления», иррационального акта веры в то, что мир устроен именно так, а не иначе.

Однако далеко не все исследователи методологии научного познания согласились с таким выводом. Альтернативную модель развития науки, также ставшую весьма популярной, предложил И.Лакатос. Его концепция, названная методологией научно-исследовательских программ, по своим общим контурам довольно близко к куновской, однако расходится с ней в принципиальнейшим пункте. И. Локатос считает, что выбор научным сообществом одной из многих конкурирующих исследовательских программ может и должен осуществляться рационально, на основе четких рациональных критерий.

В общем виде лакатосовская модель развития науки может быть описана так. Исторически непрерывное развитие науки представляет собой конкуренцию научно-исследовательских программ.

2.2.2. Научные революции

Сегодня вряд ли кто возьмется оспаривать тезис о наличии в истории науки революций. Однако термин «научная революция» при этом может иметь разное содержание.

Самая радикальная его интерпретация заключается в признании одной — единственное революции, которая состоит в победе над невежеством, суевериями и предрассудками, в результате чего и рождается, собственно, наука.

Другое понимание научной революции сводит ее к ускоренной эволюции.

В VI — IV вв. до н. э. была осуществлена первая революция в познании мира, в результате которой и появляется на свет сама наука. Исторический смысл этой революции заключается в отличии науки от других форм познания и освоения мира, в создании определенных норм и образцов построения научного знания. Наиболее ясно наука осознала саму себя в трудах великого древнегреческого философа Аристотеля. Он создал формальную логику.

Вторая глобальная научная революция приходится на XVI — XVIII вв. ЕЕ исходным пунктом считается как раз переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической. Это, безусловно, самый заметный признак смены научной картины мира, но он мало отражает суть происшедших в эту эпоху перемен в науке. Их общий смысл обычно определяется формулой: становление классического естествознания. Такими классиками-первопроходцами признаны: Н.Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, И.Ньютон.

«Потрясения основ» — третья научная революция — случилась на рубеже XIX — XX вв.

В это время последовала целая серия блестящих открытий в физике (открытие сложной структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т. д.). Их общим мировоззренческим итогом явился сокрушительный удар по базовой предпосылке механистической картины мира — убежденности в том что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно описать все явления природы и что универсальный ключ к пониманию происходящего даёт в конечном счете механика И.Ньютона.

Наиболее значимыми теориями, составившими основу новой парадигмы научного знания, стали теория относительности (специальная и общая) и квантовая механика.

2.2.3. Дифференциация и интеграция научного знания

Другой важной закономерностью развития науки принято считать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания.

Стремление свести всю сложность единого, целостного мира природы к нескольким «простым элементам» настроило исследователей на подробнейшую детализацию изучаемой реальности. Изобретение таких приборов как телескоп и микроскоп, гигантски расширило познавательные возможности и количество доступных изучению объектов природы. Поэтому рост научного знания сопровождался его непрерывной дифференциации, т. е. разделением, дроблением на все более мелкие разделы и подразделы.

Но при этом, уже в рамках классического естествознания, стало постепенно утверждаться идея принципиального единства всех явлений природы, а следовательно, и отображающих их научных дисциплин.

К настоящему времени основные фундаментальные науки настолько сильно диффундировали друг в друга, что пришла пора задуматься о единой науки о природе.

В принципе можно согласиться с тем, что ныне интегративные процессы в естествознании стали ведущей силой его развития. Однако это утверждение не следует понимать так, что процессы дифференциации научного знания сошли на нет. Они продолжаются. Дифференциация и интеграция в развитии естествознания — не взаимоисключающие, а взаимо дополнительные тенденции.

2.2.4. Математизация естествознания

Классическое естествознание, как уже говорилось ранее, «выросло» на применение экспериментально — математических методов.

«Выгоды» естествознания от использования математики многообразны. Во многих случаях математика выполняет роль универсального языка естествознания, специально предназначенного для лаконичной и точной записи различных утверждений.

Однако главное достоинство математики, столь привлекательное для ученых — естественников, заключается в том, что она способна служить источником моделей, алгоритмических схем для связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания.

Поскольку в математических формулах и уравнениях произведены некие общие соотношения свойств реального мира, они имеют обыкновение повторяться в разных его областях. На этом соображении построен такой своеобразный метод естественно-научного познания, как математическая гипотеза. В ней идут не от содержания гипотезы к математическому ее оформлению, а наоборот, пробуют уже готовым математическим формам подобрать некое конкретное содержание.

Роль математики в современном естествознании трудно переоценить. Достаточно сказать, что ныне новая теоретическая интерпретация какого-либо явления считается полноценной, если удается создать математический аппарат отражающий основные закономерности этого явления. Однако не следует думать, что все естествознание в итоге будет сведено к математике. Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем лишь одна из сторон развития научного знания.

2.3. Принципиальные особенности современной естественной научной картины мира

Словосочетание «научная картина мира» подразумевает некую аналогию между совокупностью описывающих реальный мир научных абстракций и, этаким большущим, живописным полотном, на котором художник компактно разместил все предметы мира. Как и все прочие аналогии, эта довольно приблизительно отражает суть дела, но в целом удачно.

Нынешняя научная картина мира «оживила» неподвижную доселе Вселенную, обнаружила в каждом её фрагменте эволюцию, развитие! Описание истории Вселенной со всем её содержимым потребовало уже не фотографии, а киноленты, каждый кадр которой соответствовал определённому этапу её развития. Это — главная принципиальная особенность современной естественно — научной картины мира — принцип глобального эволюционизма.

2. 3. 1. Глобальный эволюционизм

Появление принципа глобального эволюционизма означает, что в современном естествознании утвердилось убеждение в том, что материя, Вселенная в целом и во всех её элементах не могут существовать вне развития.

Не вдаваясь в детали (они будут изложены в следующих главах), подчеркнём радикальное обновление наших представлений об устройстве мироздания: Вселенная нестационарна, она имела начало во времени, следовательно, она исторична, т. е. эволюционирует во времени. И эту 20 -миллиардолетнюю эволюцию в принципе можно реконструировать!

Таким образом, идея эволюции прорвалась в физику и космологию. Но не только в них. В последние десятилетия благосклонное отношение к эволюционным представлениям начала проявлять и химия.

В ХХ в. эволюционное учение интенсивно развивалось и в рамках его прародительницы — биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстаёт как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и даже биогеоценотическом.

Идея эволюции праздновала успех и в других областях естествознания — в геологии, например, окончательно утвердилась концепция дрейфа континентов; а такие науки, как экология, биогеохимия, антропология, были изначально «эволюционными».

Поэтому современное естествознание вправе провозгласить лозунг: «Всё существующее есть результат эволюции!».

2. 3. 2. Синергетика — теория самоорганизации

Появление синергетики в современном естествознании, очевидно, инициировано, подготовкой глобального эволюционного синтеза всех естественно — научных дисциплин. Эту тенденцию в немалой степени сдерживала разительная асимметрия процессов деградации и развития в живой и неживой природе.

Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики) в принципе не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объёме. Но, в реальности такого никогда не происходит. Вот эту — то односторонность, однонаправленность, перераспределения энергии в замкнутых системах и подчёркивает второе начало.

Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие — энтропия. Под энтропией стали понимать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает».

Главный мировоззренческий сдвиг, произведённый синергетикой, можно выразить следующим образом:

А) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной по меньшей мере равноправны;

Б) процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и в неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетворяют двум условиям:

должны быть открытыми должны быть существенно неравновесными.

2. 3. 3. Общие контуры современной естественно — научной картины мира

Мир, в котором мы живём, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых подчиняется некоторым общим закономерностям. При этом он имеет свою долгую историю, которая в общих чертах известна современной науке.

Вот как выглядит хронология наиболее важных событий этой истории:

20 млрд. лет назад — Большой взрыв

3 минуты спустя — Образование вещественной основы

Вселенной (фотоны., нейтрино и

антинейтрино с примесью ядер

Водорода, гелия и электронов).

Через несколько сотен — появление атомов (лёгких элементов) тысяч лет

19 -17 млрд. лет назад — образование разномасштабных

структур (галактик).

15 млрд. лет назад — появление звёзд первого поко;

ления, образование атомов

тяжёлых элементов.

5 млрд. лет назад — рождение Солнца.

4,6 млрд. лет назад — образование Земли.

3,8 млрд. лет назад — зарождение жизни.

450 млн. лет назад — появление растений.

150 млн. лет назад — появление млекопитающих.

2 млн. лет назад — начало антропогенеза.

Подчеркнём, что современной науке известны не только «даты», но во многом и сами механизмы эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Это — фантастический результат. Причём наиболее крупные прорывы к тайнам истории Вселенной осуществлены во второй половине нашего века: предложена и обоснована концепция Большого взрыва, построена кварковая модель атома, установлены типы фундаментальных взаимодействий и построены первые теории их объединения и т. д.

ГЛАВА 3.

Структурные уровни организации материи

3. 1. Макромир: концепции классического естествознания.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный.

Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в ХVIXVII вв. В этот период учения о природе носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI вв., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира — механической. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы — научно — теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические характеристики, которые становились предметом научного исследования.

И.Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел,

и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система.

Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Отсюда и вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определённостью. И.Р. Пригожин назвал эту веру в безграничную предсказуемость «основополагающим мифом классической науки».

Другой областью физики, где механические модели оказались неадекватными, была область электромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М.Фарадея и теоретические работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили преставления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира.

3. 2. Квантово — механическая концепция описания микромира

Изучая микрочастицы, учёные столкнулись с парадоксальной, с точки зрения классической науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. Как известно, в конце XIX в. в физике возникла трудность, которая получила название «ультрафиолетовой катастрофы». В соответствии с расчётами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно чёрного тела должна была неограниченно возрастать, что явно противоречило опыту.

Первым физиком, который восторженно принял открытие элементарного кванта действия и творчески развил его, был Альберт Эйнштейн. В 1905 г. он перенёс гениальную идею квантового поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете.

Представление о свете как о дожде быстро движущихся квантов было чрезвычайно смелым, почти дерзким, в правильность которого вначале поверили немногие. Прежде всего, с расширением квантовой гипотезы до квантовой теории света был не согласен сам М. Планк, относивший свою квантовую формулу только к рассматриваемым им законам теплового излучения чёрного тела.

В 1924 г. произошло одно из величайших событий в истории физики: французский физик Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя «он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением А. Эйнштейна в теории света, но также и теории материи. Л. Бройль утверждал, что волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже микроскопическим телам.

Признание корпускулярно — волнового дуализма в современной физике стало всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и волновых свойств.

Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключённую в малом объёме или в конечной области пространства, тогда как волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления.

3. 2. 1. Атомистическая концепция строения материи

Атомистическая гипотеза строения материи, выдвинутая в античности Демокритом, была возрождена в XVIII в. химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физикохимические свойства атома. В XIXв. Д. И. Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе.

История исследования строения атома началась в 1895 г. благодаря открытию Дж. Дж. Томсоном электрона — отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона положительно заряженной частицы. Масса электрона составила по расчётам 11 836 массы положительно заряженной частицы.

Исходя из огромной, по сравнению с электроном, массы положительно заряженной частицы, английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1902 г. первую модель атома — положительный заряд распределён в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг». Эта идея была развита Дж. Томсоном. Модель атома Дж. Томсона, над которой он работал почти 15 лет, не устояла перед опытной проверкой.

Модель атома, предложенная Э. Резерфордом в 1911 г. напоминала солнечную систему: в центре находится атомное ядро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны.

Ядро имеет положительный заряд, а электроны — отрицательный… Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов — атом электрически нейтрален.

В 1913 г. великий датский физик Н. Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характеристике атомных спектров. Модель атома Н. Бора базировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физики.

3. 2. 2. Элементарные частицы и кварковая модель атома

Термин «элементарная частица» первоначально означал простейшие, далее ни на что не разложимые частицы, лежащие в основе любых материальных образований. Позднее физики осознали всю условность термина «элементарный» применительно к микрообъектам. Сейчас уже не подлежит сомнению, что частицы имеют ту или иную структуру, но, тем не менее, исторически сложившееся название продолжает существовать.

Электрический заряд является другой важнейшей характеристикой элементарных частиц. Все известные частицы обладают положительным, отрицательным либо нулевым зарядом. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противоположным зарядом. В 1967 г. американский физик М. Телл — Манн высказал гипотезу о существовании кварков — частиц с дробным электрическим зарядом.