Закономерности развития естествознания как науки

Наука имеет основную цель — описание, объяснение, предсказание и истолкование процессов и явлений действительности на основе открываемых ею законов. Науке присущи определенные закономерности, представляющие собой объективно существующие, повторяющиеся и существенные связи явлений. наука естествознание природа Можно выделить следующие шесть закономерностей развития естествознания, как совокупности наук о Природе, взятых как единое целое:

• 1. Систематичность (непрерывность) развития.
• 2. Своевременность решения актуальных проблем.
• 3. Сохраняемость законов природы.
• 4. Общность основы составляющих естествознания.
• 5. Дифференциация и интеграция составляющих естествознания.
• 6. Многофакторность в развитии естествознания.

Рассмотрим перечисленные закономерности более подробно.

1. Систематичность (непрерывность) развития.

Систематическим называют такое развитие науки, которое является безостановочным, непрекращающимся, придающим науке характер прогрессивно развивающейся системы.

Наука, переставшая систематически развиваться, перестает быть наукой, вырождаясь в систему догм, заведомо ограниченных по их применимости, или сводится к простой констатации ряда фактов.

Систематическое развитие науки внешне представляется непрерывным, но на самом деле имеет непрерывно-дискретный характер. Оно происходит скачками, посредством решения отдельных актуальных проблем, находящихся на границе постоянно расширяющейся сферы знания. Под проблемой будем понимать несоответствие между требуемым и существующим положением дел в какой-либо области исследования.

Как правило, каждая решенная научная проблема оказывается некоторой узловой точкой науки, точкой роста и ветвления все больше и больше разрастающегося древа познания. Причем физика, химия, биология и психология представляют собой своеобразные самостоятельные последовательные основные ярусы естественнонаучных ветвей этого устремленного в мысленную высь единого — с определенным общим стволом — древа познания (т. е. естествознания), психологическая крона которого, однако, по крайней мере частично и потенциально, циклически замыкается с его физическими корнями.

Возможность подобного раздвоения (психологическая крона, физические корни), впрочем как и раздвоения каждой из фундаментальных научных проблем в ходе их теоретического разрешения, вскрывает известная в математической логике с 1931 г. теорема американского логика и математика Курта Гёделя (род. в 1906 г.) о принципиальной неполноте соответствующих научных проблем (теорий): «Любая логически непротиворечивая и математически достаточно содержательная формальная аксиоматическая теория никогда не исчерпывает полностью свой предмет каким бы то ни было перечнем исходных аксиом». Другими словами, всегда оказывается возможным найти или сформулировать такое утверждение для аксиоматически определяемых понятий, что ни само это утверждение, ни его отрицание нельзя ни доказать, ни опровергнуть, исходя из данной аксиоматики.

Таким образом, если первоначально имеется единая теория и ее необходимо усовершенствовать, то приходится сталкиваться с двумя альтернативными, принципиально равноправными случаями:

• 1) принимается эта единая теория в качестве аксиомы;
• 2) принимается отрицание этой единой теории в качестве новой аксиомы и эта новая аксиома добавляется к исходной системе аксиом.

Пример: двукратное раздвоение элементарной геометрии по теореме Гёделя. Пусть существует абсолютная геометрия без аксиом о параллельных прямых. Аксиоматику этой абсолютной геометрии можно дополнить одной из двух альтернативных аксиом:

• а) аксиома о несуществовании параллельных прямых (это получается геометрия Римана (1826 — 1866 г.г.);
• б) аксиома о существовании параллельных прямых.

Тогда аксиоматику элементарной геометрии о существовании параллельных прямых можно еще раз дополнить одной из двух альтернативных аксиом:

б1) аксиома о единственности существующих параллельных прямых (это — геометрия Эвклида (III в. до н.э.): «В плоскости через точку, не лежащую на одной прямой, можно провести одну, и только одну прямую, параллельную данной, т. е. ее не пересекающую»;

б2) аксиома о неединственности существующих параллельных прямых (это — геометрия Лобачевского (1792 — 1856 г.г.): «В плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести более одной прямой, не пересекающей данной».

Все эти геометрии (Римана, Эвклида, Лобачевского) одинаково непротиворечивы.

Так: — для плоскости — реализуется геометрия Римана;

• — для поверхности сферы — реализуется геометрия Эвклида (когда за «прямые» принимаются большие окружности этой сферы);
• — для круга (внутри круга) — реализуется геометрия Лобачевского (когда за «прямые» принимаются хорды этого круга).

Все эти геометрии отличаются друг от друга ответом на вопрос о:

— единственности параллельных прямых.

Тогда, если:

Tо — некоторая исходная эпоха;

N (Tо) — начальное количество актуальных фундаментальных естественно — научных проблем в эпоху Tо;

Т — средний период решения актуальных фундаментальных естественно — научных проблем (теоретически ожидаемая эпоха);

N (T) — теоретически ожидаемое количество актуальных фундаменальных естественнонаучных проблем в эпоху T,.

N (T) = N (To)*2(T-To)/T.

Естествознание развивается систематически именно по этому соотношению. В качестве N (Tо) и N (T) здесь могут выступать:

• — общее число решаемых актуальных проблем;
• — общее число выполняемых научных работ;
• — общее число научных работников;
• — общее число научных организаций;
• — общие материальные расходы на науку;
• — общие материальные доходы от научных исследований и др.
• 2. Своевременность решения актуальных проблем. В первую очередь, естественно, решаются первоочередные фундаментальные проблемы. Вообще говоря, априори (от лат. a priori — из предшествующего) все возникающие фундаментальные проблемы являются одинаково актуальными (равноправными) и решать их надо, за исключением первоочередных, ранжируя по значимости.

Если решение актуальных проблем откладывать «на потом», то систематически будут накапливаться новые актуальные проблемы, что вообще утрачивает возможность их решения.

Если же к решению всех имеющихся актуальных проблем приступить одновременно (параллельно), то средний период их решения продлевается до бесконечности.

3. Сохраняемость законов Природы.

Все фундаментальные законы Природы сводятся к соответствующим законам сохранения, так как все существующее существует лишь потому, что оно способно самосохраняться и противостоять внешним воздействиям, которые направлены на изменение существующего.

Указанную закономерность установил в 1884 году французский ученый Анри Луи Ле Шателье (1850−1936г.г.), а немецкий физик Карл Фердинанд Браун (1850−1918г.г.) в 1887 году её обосновал. В результате был сформулирован принцип, получивший название принципа Ле Шателье — Брауна: «Внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия».

В соответствии с этим принципом, имеющим вообще универсальный характер, определяется реакция Природы на различного рода внешние возмущения.

Однако, замечена специфика в фактической реакции материальных объектов на внешние возмущения на некоторых из основных уровней естественной самоорганизации материи:

• а) физический уровень — материальные объекты реагируют на внешние возмущения непосредственно, в независимости от предстоящей истории;
• б) химический уровень — аналогично физическому;
• в) биологический уровень — живые организмы реагируют на внешние воздействия не только непосредственно (если толкнуть живое существо — последует реакция), но и основываясь на своей врожденной (генетической) или прижизненной «памяти» о всем прошлом опыте реагирования на внешние воздействия;
• г) психологический уровень — разумные существа реагируют на внешние возмущающие воздействия не только непосредственно (или с учетом имеющейся и накопленной информации о внешних воздействиях), но и активно, перерабатывая информацию в существенно новую, необходимую для рационального опережающего действия в изменяющихся условиях.

Следует иметь в виду, что и неразумным животным до некоторой степени уже присущ «исследовательский инстинкт» (интерес к новизне). «Память» о своей истории (о своих прежних состояниях) в какой-то мере свойственна даже совершенно безжизненным материальным объектам. Об этом свидетельствуют, например, для твердых тел: остаточные механические деформации или напряженности; явления гистерезиса — в том числе магнитного гистерезиса (гистерезис — это запаздывание, т. е. отставание следствия от производящей его причины, или длительное последействие существовавших прежде условий). По существу, вообще вся материя, начиная еще с ее простейших частиц или квантов излучения, в известной мере определяется не только запаздывающим влиянием всего прошлого, но и опережающим влиянием всего будущего. Во всяком случае, в теории электромагнитного поля Максвелла формально на совершенно равноправных началах могут использоваться запаздывающие или опережающие потенциалы. При дальнейшем анализе основ физики было выдвинуто утверждение, что характеристики фотона в такой же степени зависят от условий его рождения, как и от условий его будущего поглощения. Иначе говоря, без вполне определенной возможности в конце концов поглотиться ни один фотон вообще не рождался бы.

4. Общность основы составляющих естествознания.

Материя как таковая — вещественная (субстанциональная) или полевая (связанная с излучением), а также Жизнь и Разум, при всей их относительной специфике, имеют принципиально общую основу. Они составляют принципиально единую Природу, которую изучает принципиально единое естествознание, с закономерной иерархией таких его лишь условно самостоятельных последовательных основных разделов, как физика, химия, биология и психология.

5. Дифференциация и интеграция составляющих естествознания.

В ходе развития естествознания происходит дифференциация каждой из его исходных теорий, т. е. ее разделение на более частные теории. Это происходит при усовершенствовании соответствующих теорий в духе теоремы Гёделя. Время от времени частные теории дополняются и в конце концов происходит столь же необходимая интеграция, т. е. получение более общих естественнонаучных теорий, которые, однако, в свою очередь, вновь нуждаются в дифференциации. Пример — формирование таких общефизических теорий, как специальная теория относительности (СТО), общая теория относительности (ОТО) и квантовая механика. В ходе их развития возникали проблемы, связанные либо с необходимостью альтернативного (двойственного) усовершенствования этих теорий в духе теоремы Гёделя, либо с необходимостью их обобщения с точки зрения сформулированных А. Эйнштейном критериев «внешнего оправдания» и «внутреннего совершенства».

6. Многофакторность в развитии естествознания.

Развитие естествознания — сложный процесс, происходящий под действием разнообразных внешних и внутренних факторов. Ни один из них не является доминирующим над всеми остальными. Иногда наиболее существенными оказываются одни факторы, в иных обстоятельствах — другие. Когда речь идет не об ординарных научных работах, а о работах экстраординарных, требующих для своего выполнения оптимальных условий, то существенными могут оказаться все факторы. В таких работах можно выявить влияние факторов, имеющих различный физический смысл, например: солнечная активность, определяющая электромагнитные и другие физические характеристики Земли, сказывающиеся на функционировании ее биосферы и ноосферы; творческая деятельность ученых и др.