Панорама современного естествознания

Самое прекрасное, что мы можем переживать, — это таинственность.

Это основное чувство, которое стоит у колыбели истинного искусства и науки.

А. Эйнштейн (2) Гусейханов М. К. Концепции современного естествознания: учебник и практикум. — 8-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2011. — 598 с. — Серия: Основы наук.

Наука является важнейшим элементом духовной культуры людей.

В истории человечества наука впервые зародилась в Древней Греции в VI в. до н. э. Под наукой понимается не просто совокупность каких-то отрывочных, разрозненных сведений, а определенная система знаний, являющаяся результатом деятельности особой группы людей (научного сообщества) по получению новых знаний.

Естествознание — наука о явлениях и законах природы. На современном этапе развития естествознание включает множество отраслей: физику, химию, биологию, биохимию, геохимию, астрономию, генетику, экологию и другие.

Современное естествознание представляет собой раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления. Совокупный объект естествознания — природа. Предмет естествознания — факты и явления природы, которые воспринимаются нашими органами чувств непосредственно или опосредованно, с помощью приборов.

Цель естествознания состоит в том, чтобы описать, объяснить и, по возможности, предсказать те или иные явления природы.

Основными разделами естествознания являются физика, химия, биология. Биология охватывает все процессы, протекающие в живой природе, физика — в неживой, а химия — пограничная наука — делится на органическую и неорганическую.

В целом естествознание представляет собой весьма сложное явление, обладающее различными сторонами и связями. Ему свойственны специфические черты, отличающие его от других областей научного знания, особые закономерности и тенденции развития. Одна из них проявляется на протяжении всей истории естествознания и заключается в ускоренном росте научных знаний.

Существует несколько систем классификаций естественных наук, каждая из которых имеет ряд достоинств и недостатков. Как правило, эти классификации невозможно представить в виде простых разветвляющихся структур древовидной формы. Отдельные ветви физики, химии, биологии сильно переплетаются между собой из-за общей методологии или предметной области.

Итак, приведем краткие характеристики основных разделов естествознания. Физика — наука, изучающая фундаментальную структуру материи и основные формы ее движения. Химия — наука о веществах, их составе, свойствах и взаимных превращениях. Биология — наука, устанавливающая общие закономерности в мире живой природы. Таким образом, с предметной точки зрения физика включает в себя химию, а химия — биологию. Однако с точки зрения методологии эти три раздела естествознания существенно различаются. Даже внутри каждого из названных разделов существует большое число подразделов, различающихся специфическим набором теоретического инструментария.

Для современного естествознания становится всё более характерным переход от предметной к проблемной ориентации, когда новые области знания возникают в связи с выдвижением определённой крупной теоретической или практической проблемы. Так возникло значительное количество стыковых наук типа биофизики, биохимии, электрохимии и др. Их появление продолжает в новых формах процесс дифференциации естествознания, но вместе с тем даёт и новую основу для интеграции прежде разобщённых научных дисциплин.

Можно также выделить ключевые, концептуальные положения в естествознании, сгруппировав их в три больших класса, по масштабу объектов и рассматриваемых процессов: микро-, макрои мега.

Микрофизика. Основными предметами этого раздела естествознания являются элементарные частицы, фундаментальные физические поля, пространство-время и их взаимодействия. Синонимом микрофизики являются «физика высоких энергий» или «физика элементарных частиц». После открытий Бора, Резерфорда, Эйнштейна и др. квантовая механика продолжала развиваться и к середине 30-х годов 20-го века выросла в мощную, сильную математизированную теорию микромира. Было открыто множество «элементарных» частиц и реакций между ними, в результате которых они превращались друг в друга или рождали новые, неизвестные до той поры частицы. При переходе на еще более глубокий, более тонкий уровень строения материи мы можем получить доступ к еще более мощным источникам энергии. Пока это, правда, только лишь задача будущего. Парадокс заключается в том, что для исследований все более мелких частиц необходимо строить все более крупные исследовательские приборы — детекторы и ускорители, и разгонять в них частицы до все более больших энергий, чтобы преодолеть все более мощные силы природы, связывающие элементарные частицы в известные нам более крупные образования.

Макрофизика — это классическая физика, не имеющая дела с микроскопическими малыми телами, противоположность микрофизики. Это наиболее обширная, «густо заселенная» учеными и наиболее понятная публике область естествознания. Поскольку она стоит ближе к практике, чем многие другие направления фундаментальной науки, ей больше уделяют внимание общественность, пресса и органы, финансирующие исследования. Однако идеологическая нагрузка этого большого раздела современной науки не так велика, как ее количественные характеристики.

Макромир — мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах.

Мегамир. Центральной дисциплиной изучающей мегамир как единое целое является космология (от греческого kosmos — Вселенная и logos — знание). Современная космология — это астрофизическая теория происхождения и эволюции Вселенной, основанная на экспериментальных фактах, наблюдениях и фундаментальных физических теориях (общей теории относительности, физики элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и др.).

После того как на смену мифологии и религиозным верованиям пришла наука, космология стала одной из любимых естественнонаучных дисциплин для философии и философов различных направлений. Зарождение Вселенной в результате Большого Взрыва и последующее ее расширение большинством ученых считается надежно установленным фактом. Понятны многие детали процессов, сопровождавших эволюцию Вселенной, начиная примерно с возраста 10^-4 с от момента ее расширения. Но состояние вещества, пространства и времени до этого момента пока является тайной.

Существуют весьма обоснованные подозрения, что кроме видимых нами объектов во Вселенной существуют еще большее количество скрытых, но тоже обладающих массой, причем эта «темная масса» может в 10 или более раз превышать видимую.

Проблемы возникают также при анализе таких гипотетических, но достаточно широко известных публике объектов как черные дыры. С точки зрения теории ими могут быть тяжелые объекты, например отгоревшие звезды с массой во много раз превышающих солнечную. Сила тяжести около таких объектов так велика, что они стягивают все вещество в «точку». В нее как в бездонную бочку проваливается и излучение и частицы, окружающие эту звезду, и ничего уже вырваться не может. Если они в действительности существуют (а в этом мало кто сомневается), то возможно черные дыры являются зародышем новых Вселенных или окнами в совершенно другие миры.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод об уникальности естествознания как науки. Эта наука включает в себя не только изучение физики, химии и биологии как самостоятельных наук, но также их тесную неразрывную взаимосвязь.