Что такое современное естествознание. С

В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания». Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания (А. П. Садохин) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .

Глава 3. Естествознание: его предмет, структура и история становления

3.1. Предмет и структура естествознания

Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира – природа, общество и человек – изучается отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество» – природа и «знание» – знание о природе.

В современном употреблении термин «естествознание» в общем виде обычно обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе как едином целом. В этом качестве оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна естественная наука. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и обозначало тогда всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят еще глубже, в Древнюю Грецию времен Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Сегодня существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания. Первое утверждает, что естествознание – наука о природе как единой целостности, второе – что это совокупность наук о природе, рассматриваемой как целое. На первый взгляд эти определения различны. На самом деле различия не так велики, так как под совокупностью наук о природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.

Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Его спецификой является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу «сверху». Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становятся формулировки основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

При рассмотрении вопроса о структуре науки нами было отмечено, что она представляет собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание является не менее сложной системой, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является опорой для следующей за ней науки и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.

Фундаментом всех естественных наук, бесспорно, служит физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика – учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика исторически стала первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются статика, изучающая условия равновесия тел; кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения; динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил. Механика – это физика макромира, зародившаяся в Новое время. В ее основе лежит статистическая механика (молекулярно-кинетическая теория), изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц.

Следующей ступенькой иерархии является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается легко. Еще на школьных уроках химии говорится о строении химических элементов, их электронных оболочках; это – пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

В свою очередь химия составляет основу биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (растительный мир), зоологию (мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма, цитология – живую клетку, гистология – свойства тканей, палеонтология – ископаемые останки жизни, генетика – проблемы наследственности и изменчивости.

Науки о Земле являются следующей ступенькой структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.

Завершает грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, исследующие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике, что позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, отражающем, очевидно, одно из важнейших свойств самой природы.

Структура естествознания не ограничивается вышеназванными науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки – выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

3.2. История естествознания

В истории развития человеческой цивилизации становление научного знания под воздействием разных факторов и причин прошло длительный путь. Соответственно естествознание, будучи составной частью науки, имеет такую же сложную историю. Его нельзя понять, не проследив историю развития науки в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени, современное естествознание ХХ в.

Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называемый натурфилософский этап развития науки, представляющий непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого. На данном этапе происходил верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что было характерно для всей греческой натурфилософии.

Позднее к процессу накопления знаний добавилось теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появились первые концепции рационального объяснения природных процессов. В результате наступил так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идет анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиск отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в историческом развитии науки – для Позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединились в естествознание как целостную науку о природе, произошла череда научных революций, кардинально менявших практику общественного развития.

Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздали целостную картину мира на основе познанных частностей. Это произошло на основе соединения анализа с синтезом и привело к появлению современной науки XX в.

Начало науки. Древнегреческая натурфилософия. Наука – сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло ни возникнуть, ни развиваться. Наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие ранее отмеченным критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI–IV вв. до н. э. В то время в древнегреческой культуре появились принципиально новые черты, которых не было на Древнем Востоке – признанном центре рождения человеческой цивилизации.

Возникновение первых форм знания произошло в восточных цивилизациях. Более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Вавилоне, Индии, Китае установилась взаимосвязь между теоретическими знаниями и практическими навыками. Это происходило во всех областях человеческой деятельности, но связывалось в основном с земледельческой культурой (первые астрономические знания способствовали предсказаниям погоды, зачатки математики позволяли измерять земельные площади и т. д.).

Историки науки связывают появление естествознания с научным взрывом в VI–IV вв. до н. э. в Древней Греции, который ознаменовал собой начало первого периода в истории естествознания – периода натурфилософии (от лат. natura – природа), т. е. философии природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений. От практических знаний, которые в те времена давали математика, астрономия, знахарство, ее отличало умозрительное толкование природы на основании положения о единстве явлений природы и ее целостности.

Начало древнегреческой натурфилософии относится к попыткам поиска природного первоэлемента, обеспечивающего единство и многообразие природного мира. Это означает, что натурфилософия отличалась стремлением выделить какую-то одну природную стихию в качестве основы всего существующего. Впервые в истории это стремление выразил философ Милетской школы Фалес, который считал первоэлементом всего мира воду, поскольку невозможно найти в мире абсолютно сухое тело.

В античной науке Фалес был первым астрономом и математиком, ему приписывались открытие годового вращения Солнца, определение времени солнцестояний и равноденствий. Фалес утверждал, что Луна светит не своим светом, а небесные тела представляют собой воспламенившуюся землю. Всю небесную сферу Фалес разделил на пять зон и ввел календарь, определив продолжительность года в 365 дней и разделив его на 12 месяцев по 30 дней.

Первой научной программой Античности стала математическая программа, представленная Пифагором Самосским и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) – упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Числовые соотношения рассматривались им основой всего мироздания, источником гармонии Космоса. По мнению Пифагора и его учеников, в основе мира лежат количественные отношения действительности. Они рассматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отношений, приписывали определенным числам особые, мистические свойства. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э.

Высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т. д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. По Аристотелю у каждого тела есть предназначенное ему по природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту – естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи; все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель – Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира – наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.

Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием упорядоченного понятийного аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает в себя изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После аристотелевских работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.

Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они перемещаются по сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как того требовала геоцентрическая модель мира. Решением данной проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома К. Птолемея (I–II вв. н. э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, называемой эпициклом.

Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это Архимед, живший в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука, а механика стала важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой ума (отношение к технике, к машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), работы ученого сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. Не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего в себя стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание всего окружающего мира.

Упадок древнегреческой культуры практически остановил развитие натурфилософии, но ее идеи продолжали существовать довольно долго. Окончательно натурфилософия потеряла свое значение только в XIX в., когда она перестала заменять собой отсутствовавшие науки, когда естествознание достигло высокого уровня развития, был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда выявились действительные причины многих природных явлений и раскрылись реальные связи между ними.

Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т. е. учения о сотворении природы Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки при этом были забыты.

В отличие от Античности средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ. В то же время она не ограничивалась пассивным усвоением достижений античной науки. Вклад средневековой науки в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.

С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в Античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина; постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Изобретение машин и механизмов переставало быть забавой, как в Античности, и становилось делом полезным и уважаемым.

Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе. Это отношение позволило уйти от созерцательного отношения к ней и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира во благо человека.

В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т. д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.

Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.

Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.

В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.

Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Согласно классическому принципу относительности никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т. е. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.

Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.

Природа этой силы была открыта И. Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы, сформулировал закон всемирного тяготения.

Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Исаак Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика И. Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения, закона равенства действия и противодействия.

Хотя И. Ньютон провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез было им предложено, и они сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется и есть ли у нее материальный носитель.

Отвечая на эти вопросы, И. Ньютон предложил (подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов) принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных И. Ньютоном.

Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Оно сравнимо с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать – тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, которая может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции – три независимые друг от друга сущности.

Работы И. Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.

3.4. Классическое естествознание Нового времени

Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все большие масштаб и глубину. Происходили процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и с появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имевшей свои специфические черты, которые наложили отпечаток на работу ученых и ее результаты.

Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические, социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире – абсолютной истине.

Еще одной чертой классической науки была метафизичность – рассмотрение природы как неразвивающегося целого, из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе. Каждый предмет или явление изучались отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.

Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Они стали такими же элементами в мире-«механизме», как предметы и явления неживой природы.

Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., создав множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь добраться до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создавали «учения о невесомых» – электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные, тепловые свойства, а также способность к горению. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества, формирование основ экспериментальной науки об электричестве.

Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Р. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г. Менделя, электромагнитная теория Д. Максвелла.

Эти и многие другие открытия ХIХ в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины ХIХ в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-«машины», остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука ХIХ в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца ХIХ – начала XX в.

3.5. Глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

Целый ряд замечательных открытий разрушил всю классическую научную картину мира. В 1888 году немецкий ученый Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Д. Максвелла. В 1895 году В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских лучей, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Д. Томпсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.

К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малы ми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h ). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.

Все эти открытия буквально за несколько лет опрокинули стройное здание классической науки, которое еще в начале 1880-х гг. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки.

В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 1920-е гг. с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.

Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 1940-е гг. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.

Главным концептуальным изменением естествознания ХХ в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель объяснения явлений природы, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным.

Развитие эйнштейновского подхода привело к отрицанию ньютоновской космологии и формировало новую картину мира, в которой логика и здравый смысл переставали действовать. Оказывается, что твердые атомы И. Ньютона почти целиком заполнены пустотой, что материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира, планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности; субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.

Это основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от классической науки.

3.6. Основные черты современного естествознания и науки

Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира – «часового» механизма сменилась моделью мира-«мысли», для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, как нечто особенное и завершенное, ушли в прошлое.

Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности сделать это (неисчерпаемость материи вглубь). Получение абсолютной истины считается невозможным; истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.

Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важных научных завоеваний XX в. – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.

Начиная со второй половины ХХ в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития – постнеклассический, который характеризуется рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на его полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.

Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать сочетание разных естественных наук применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом такой нарастающей интеграции становятся гуманитарные науки.

В анализе особенностей современного естествознания следует отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с объектами (фундаментальных исследований). Реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы способны при неумелом обращении с ними привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.

Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически все более срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных «кабинетных» ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей разных научных направлений. В процессе исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с пока недостаточно понятными законами развития, с глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения, и в частности глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.

Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, но затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные системы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях анализ возможностей дальнейшей эволюции сложных природных объектов предстает как принципиально непредсказуемый, сопряженный со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.

Все эти изменения идут в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится скорее всего к середине XXI в. Конечно, сейчас сложно представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Но вышеперечисленные некоторые ее черты просматриваются уже сейчас.

Таблица 3.1. Наиболее значимые ученые естествознания: с VI в. до н. э по XX в.

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Краткий курс лекций по предмету

«Основы современного естествознания»

Предмет и содержание современного естествознания

Естествознание – наука о природе; совокупность естественных наук, взятая как целое. Земля, на которой мы живем. Вселенная, простирающаяся вокруг нас, живая и неживая материя, которую мы познаем в своих ощущениях, и, наконец, сам человек – вот то, что изучает естествознание.

Другими словами, предметом естествознания являются различные виды материи и формы их движения, проявляющиеся в природе, их связи и закономерности. Современное естествознание образуется из таких областей научного знания, как:

· Физика, взятая как совокупность дисциплин;

· Химия органических и неорганических соединений;

· География, геология, минералогия, метеорология;

· Астрономия, астрофизика, астрохимия;

· Биология – от систематики до молекулярной биологии

· Науки о человеке

В обобщенном виде можно сказать, что естествознание состоит из таких последовательно вложенных друг в друга основных частей как физика, химия, биология и психология.

· Все эти науки в отдельности и все естествознание в целом основывается на логически обоснованной и общеупотребительной математике.

Математика во всем многообразии дисциплин является универсальным инструментом для научного познания. Необходимая для всего точного естествознания математика начинается с простейшего счета (арифметики) и со всевозможных простейших измерений (простейшей геометрии Евклида). По мере своего развития естествознание использует все более совершенную математику, вплоть до высшей.

Естествознание изучает мир, как он есть, в его естественном состоянии, взятом как единое целое. Естествознание изучает нашу планету, ближний и дальний Космос, твердое вещество, жидкости и газы, живое вещество и человека, как продукт природы.

Естествознание – неотъемлемая и важнейшая часть духовной культуры человечества. Необходимо знать современные фундаментальные научные положения, наиболее общие мировоззренческие и методологические представления о естествознании, так как отдельные отрасли знания – естественные, технические, социальные, гуманитарные в отрыве одна от другой не могут дать целостную картину природы, общества и человека.

В наше время происходит всемирная гуманитарно-экологическая революция, сменяющая научно-техническую, или проще технический взрыв, базировавшийся на накопленном знании в XIX–XX вв. В 1687 г, когда в свет вышла основная работа И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» физический мир представлялся ученым цельным и взаимосвязанным. Казалось, что его можно описать с помощью небольшого числа компактных формул. Так Ньютон в своей работе описывает три закона движения – закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения, закон равенства действия и противодействия, из которых выводиться большое число следствий, образующих фундамент классической механики и классической физики. В этом же произведении, из взаимного тяготения тел, пропорционального их массам и обратно пропорционального квадрату расстояния между ними, Ньютон вывел установленные И. Кеплером законы движения планет. Вряд ли Ньютон либо кто-нибудь другой мог предполагать, как разовьется в будущем фундаментальная наука.

Еще сравнительно недавно физика казалась химикам и биологам закрытой сектой, члены которой смотрят на непосвященных свысока и общаются между собой на непонятном языке. Это было время бурного развития теории элементарных частиц, первых экспериментов на больших ускорителях (синхрофазотронах), уверенности в скором решении проблемы получения термоядерной энергии, популярных изложений теории относительности и квантовой механики. Позже появились научно-популярные статьи, и широкая публика смогла получить хоть какое-то представление обо всем этом. Наступила пора узкой специализации, когда даже специалисты, работающие в смежных областях физики или другой науки, перестали понимать друг друга. Чтобы оценить сделанное соседом по смежной теме, требовались специальные знания. Ушли в прошлое времена, когда универсалы могли заниматься то электричеством, то теплотой, то разрабатывать математические методы. И вот, через 300 лет после Ньютона из-за обилия новейших специальных знаний возникла острая потребность в универсальности.

Тенденция, обратная специализации, существовала всегда. Сейчас она возобладала, появились смежные дисциплины, такие как кибернетика, биофизика, биохимия, радиобиология, геохимия, геофизика и др. В объединении усилий специалистов разных отраслей знаний очень часто кроется путь к решению проблем, которые раньше не могли быть решены методами одной науки. Ярким примером может служить расшифровка генетического кода: при его раскрытии использовали и сугубо биологические (генетические) достижения, и методы экспериментальной физики (рентгено-структурный анализ), методы биохимии и математические расчеты.

Современная наука переживает фазу синтеза и наведения мостов между еще недавно весьма далекими друг от друга областями. Учитывая тенденции к объединению идей самых различных отраслей знаний, отмечая аналогии в окружающем нас мире, исходя из способности систем самой различной природы к самоорганизации можно, в общем, рассматривать Вселенную, нашу планету, неживую и живую материю, человека и его воздействие на природу. Это даст возможность прогнозировать будущее планеты и человечества, корректировать его техногенную деятельность.

Последнее десятилетие в естествознании характеризуется интенсивным развитием таких наук, как социобиология, этология, экологическая этика, биополитика.

Социобиология (от социо- и биология) - междисциплинарная наука (научное направление), сформировавшаяся в середине 70-х годов на стыке нескольких научных дисциплин – эволюционной биологии, этологии и социологии. Изучает генетические основы социального поведения животных и человека. Другими словами, социобиология пытается объяснять поведение живых существ набором определенных преимуществ, выработавшихся в ходе эволюции. Эта наука часто рассматривается как ответвление биологии и социологии. В то же время исследовательское поле социобиологии пересекается с изучением эволюционных теорий, зоологией, генетикой, археологией и другими дисциплинами.

Социобиология оказалась одной из самых неоднозначных и противоречивых научных дисциплин второй половины 20 века. Всё началось в 1975 с публикации книги энтомолога Эдварда Уилсона Sociobiology: The New Synthesis. Книга была первой попыткой объяснить такие типы социального поведения животных (в основном, муравьев, так как это была специализации Уилсона) как альтруизм, агрессия и т. п. при помощи эволюционных механизмов. В этой книге лишь последняя глава касалась поведения людей. Позднее Уилсон напишет книгу On Human Nature (социобиология о поведении людей). Эта книга принесёт автору Пулитцеровскую премию.

Этология - полевая дисциплина зоологии, изучающая поведение животных (изначально - людей). Тесно связана с зоологией, эволюционной теорией, физиологией, генетикой, сравнительной психологией, зоопсихологией. Основоположник этологии, лауреат Нобелевской премии Конрад Лоренц, называл этологию «морфологией поведения животного». Термин «этология» взят из греческого языка, слово этос- в греческом языке означает нравы, характер, привычка, обычай .

Этологию можно противопоставить сравнительной психологии , которая также изучает поведение животных, но объясняет его с точки зрения психологии. Сравнительная психология рассматривает изучение поведения в сравнении с психологией человека, этология же рассматривает поведение животных в контексте того, что мы знаем о анатомии и физиологии животного. Кроме того, ранние работы по сравнительной психологии в основном были устремлены на изучение обучения и соответственно тяготели к исследованию поведения в искусственных ситуациях, а ранняя этология изучала поведение в естественных условиях, уделяя внимание описанию инстинктивного поведения.

Экологическая этика - это междисциплинарная комплексная область исследования, сформировавшаяся на стыке экологии и классической этики. Экологическую этику еще иногда называют природоохранной, зеленой, энвайроментальной. Предметом экологической этики является обоснование и разработка этических принципов и правил, регулирующих моральные отношения человека к природе и отдельным ее представителям. Методами экологической этики являются: диалектический метод, системный метод, эволюционный метод, экстраполяция, наблюдение, [эксперимент] и другие общенаучные и частнонаучные теоретические и эмпирические методы, в зависимости от конкретных ситуаций. Экологическая этика мотивирует природоохранные действия в двух направлениях:

Люди действуют или избегают действий из соображений и ради блага самой природы, охраняют природу ради нее самой;

Эти действия совершаются из морального принципа, без каких-либо корыстных интересов человека, а то и ему во вред.

Биополитика – отрасль науки, представляет своего рода "кентавра" с биологическим туловищем и политической головой. На базе биологических данных и концепций и, в особенности, исследований биосоциальных систем на разных уровнях эволюции она стремится подойти к анализу проблем политики. Это направление исторически родилось в недрах американской политологии – науки об управлении государством в самом широком смысле, т.е. науки о политической системе общества. Политологи были озабочены недостаточностью теоретической базы своей науки и, в частности, явно недостаточным вниманием к природе человека как единственного действующего лица на политической арене.

Биополитика - одно из основных научно-философских направлений социобиологии, целью которого является раскрытие и изучение биологических законов, лежащих в основе поведения людей. В настоящей работе под этим термином понимаются политические коллизии и конфликты, связанные с социальным контролем психологических функций человека. То, что XXI век станет «веком биологии» уже никто не сомневается. Достаточно напомнить появившиеся новые термины: «биологизация социальных и гуманитарных наук», «геном человека» (недавно расшифрован учеными), «биоинформатика», «биокультурология», «биотехнология», «биоэтика», а также «биотерроризм». Одним словом, биология за последние годы вносит существенный вклад в разработку сложных концепций культурного и экономического развития человечества. Новые ее достижения, например, генные технологии (клонирование организмов, стволовые клетки), помогают избавиться от многих неизлечимых ранее болезней у человека. Достижения генной инженерии дают возможность решить глобальную для человечества проблему - нехватка продуктов питания. При этом возникают проблемы биоэтики и биополитологии.

Для чего же нужно изучать современное естествознание? Во-первых, культурный, образованный человек должен знать, что такое теория относительности, генетика, социобиология, экология, и другие науки, общие принципы построения и эволюции Вселенной, Земли и всего живого. Во-вторых, это важно потому, что многое в нашей жизни строится в соответствии с научной методологией. Хотя человечеству далеко до совершенной научной организации труда, тем не менее, научные принципы лежат в основе многих видов деятельности, и их нужно уметь использовать. В-третьих, знания, необходимые любому специалисту, так или иначе, связаны и в какой-то степени основаны на научных данных. И, наконец, целью естествознания является подготовка специалистов, или, по крайней мере, людей, которые могли бы отличить шарлатанов от специалистов.

1. Роль естествознания в развитие общества. Наука, техника, гуманизация

Современная наука возникла в Европе в период 15-17 вв. в период становления капиталистического способа производства. Наука - это форма духовной деятельности человека по получению нового знания о природе, обществе и самом знании. Наука разделена на множество отраслей знания (частных наук), которые различаются между собой тем, какую сторону действительности.

По предмету и методу познания можно выделить науки о природе - естествознание, и обществе - обществознание (гуманитарные, социаль­ные науки), о познание, мышлении (логика, гносеология и др.). От­дельную группу составляют технические науки. В свою очередь каждая группа наук может быть подвергнута более подробному членению. Так, в состав естественных наук входят механика, физика, химия, биология и др., каждая из которых подразделяется на научные дисциплины - физи­ческая химия, молекулярная химия и т.д. Могут быть и другие критерии для классификации наук. Так, по своей удаленности от практики науки можно разделить на два крупных типа: фундаментальные, где нет прямой ориентации на практику, и прикладные - непосредственно решающие практические задачи.

С развитием новой науки возникла необходимость более глубокого разделения ее на специальные дисциплины, для более тщательного и глубокого изучения отдельных явлений и процессов определенной об­ласти действительности. Естественные науки, получившие свое граждан­ство с 18 в., - это совокупность всех наук, занимающихся иссле­дованием природы. Главные сферы естественных наук - материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная.

Взаимодействие естествознания и общества всегда было непростым. Сначала науку рассматривали как средство покорения природы. Использование достижений науки меняло само общество и его жизнь, прежде всего его экономику. Но начиная со второй половины 20 в. в связи с угрозой ядерной и биологической войны появилось негативное отношение к науке.

Наука, и в том числе естествознание становиться для общества основой для практической деятельности. Со временем она становится производительной силой общества. От развития науки зависит развитие техники - орудий труда, мастерства, умения. Для современного общества характерна все более крепнущая связь науки, техники и производства.

В настоящее время все большее значение приобретает гуманистический аспект науки, складывается особая дисциплина - этика науки. В условиях научно-технического прогресса особенно актуальны нравственные оценки научных открытий - можно ли вмешиваться в генное строение человека, совершенствовать биотехнологию и даже конструировать новые формы жизни?

2. Основные этапы развития естествознания. Революция в науке

Наука представляет собой продукт развития мысли древних греков. Наука в древнегреческой культуре представляла собой целостную науку. Зачатки мышления, идущие в плане частных наук, появились под влия­нием Аристотеля и его школы, таких великих врачей, как Гиппократ, Гален. Но это не нарушало целостность науки и картины мира. В эпоху христианского средневековья наука так же разрабатывалась как гармо­ническое целое. Только в конце средних веков произошла подмена поня­тия «наука» понятием «естествознание» Эта новая наука начала свое триумфальное шествие с эпохи Возрождения, когда была признана воз­можность математического описания результатов, полученных экспери­ментальным путем. Эта новая форма приобрела столь большое значение, что Кант оценивал частные науки в зависимости от степени применения в них математики. Под влиянием экспериментально-математической науки коренным образом изменилось мировоззрение европейца и усилилось его влияние на духовную жизнь остального мира. В особенности оно воз­росло благодаря подведению строгого строго научного фундамента под возникшую из медицины технику, которая базировалась до этого исклю­чительно на ремесленном опыте.

Дифференциация научного знания была необходимым этапом в разви­тии науки. Частные науки классифицировались с точки зрения их пред­мета или метода. В результате, в какой-то степени, утрачивалось по­нимание истинной цели науки о мире в целом, а действительности - как единого целого.

Революция в науке - это переворот. Развитие науки долго шло постепенного, непрерывного накопления знаний, но развитие не сводится только к простому накоплению знаний. Наиболее радикальные изменения в науке связаны с научными революциями, которые сопровождаются пересмотром, уточнением и критикой прежних идей, программ и методов, т.е. всего, что называется парадигмой науки. В последние десятилетия началась кардинальная революция, принципиально изменяющая отношение мира человека и мира природы. В марксистской терминологии - это «научно-техническая революция», по цивилизационной типологии Тоффлера - это «социо-техническая революция». Иногда ее называют информационно-компьютерной революцией. Основой этой революции является создание и развертывание электронно-компьютерной и биотехнологической технологий. Ее результатом может стать новая информационная цивилизация.

3. Фундаментальное единство естественных наук. Наблюдение, эксперимент, теория

Если окружающий нас мир един и образует единое и целостное образование, то и знание о нем имеет фундаментальное единство. И хотя наука разделена на дисциплины, но существуют фундаментальные законы отображающие единство и целостность природы, законы составляющие фундаментальное единство естественных наук.

Наблюдение - это первоначальный источник информации, но в основе наблюдений лежит теория, идея.

Эксперимент - важнейший метод эмпирического исследования, для наблюдения процессов в условиях, меньше всего подверженных воздействию посторонних факторов. Измерения являются дополнением любого эксперимента.

На теоретической стадии строят гипотезы и теории, открывают законы науки. Затем гипотезу проверяют экспериментом. Если результаты эксперимента не совпадают с гипотезой, то опровергается сама гипотеза. Но это возможно поспешный вывод, проводятся разнообразные эксперименты и их достоверность зависит от уровня развития науки и техники.

Единство естественных наук подтверждает и междисциплинарные методы исследования, например системный метод. Хотя системы, встречающиеся в природе имеют разное строение и разные признаки, но все они самоорганизующиеся системы, и нельзя противопоставлять живые и неживые системы, новые результаты проливают свет на проблему возникновения живого из неживого.

4. Разделение естествознания на научные дисциплины. Структурные уровни организации материи. Микро, макро, мега мир. Их основные характеристики

В конце средних веков возникло поня­тия «естествознание» Эта новая наука начала свое триумфальное шествие с эпохи Возрождения, когда была признана воз­можность математического описания результатов, полученных экспери­ментальным путем.

С развитием новой науки возникла необходимость более глубокого разделения ее на специальные дисциплины, для более тщательного и глубокого изучения отдельных явлений и процессов определенной об­ласти действительности. Естественные науки, получившие свое граждан­ство с 18 в., - это совокупность всех наук, занимающихся иссле­дованием природы. Главные сферы естественных наук - материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная - позволили сгруппировать их следующим об­разом:

1. физика, химия, физическая химия

2. биология, ботаника, зоология

3. анатомия, физиология, учение о происхождении и развитии, учение о наследственности

4. геология, минералогия, палеонтология, метеорология, география

5. астрономия вместе с астрофизикой и астрохимией.

Математика, по мнению ряда натурфилософов, не относится к естествен­ным наукам, но является решающим инструментом их мышления.

В начале ХХ в. прежние научные представления, на которых строилась механистическая картина мира, были оспорены буквально со всех сторон. Твердые и неделимые атомы оказались делимыми и почти полностью заполненными пустотой. Пространство и время превратились в относительные проявления единого четырехмерного континуума. Время теперь текло по-разному для тех, кто двигался с разной скоростью. Вблизи массивных предметов оно замедлялось, а при определенных обстоятельствах могло и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии уже не были обязательными для описания устройства Вселенной. Планеты двигались по своим орбитам не потому, что их притягивала к Солнцу сила всемирного тяготения, а потому, что пространство, в котором они двигались, было искривлено. Элементарные частицы демонстрировали двойственную природу, проявляясь и как частицы, и как волны. Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее скорость. Детерминизм уступил место вероятностному взгляду на мир . Результаты научного исследования попали в зависимость от взаимодействия изучаемого предмета с приборами и инструментами и от наличия наблюдателя. Вместо реальных природных явлений все чаще стали рассматриваться их математические модели. Это привело к усилению математизации современной науки, повышению уровня ее абстрактности, утрате наглядности.

Естествознание в ХХ в. развивалось очень быстрыми темпами. Этому в немалой степени способствовали противостояние двух военно-политических блоков (СССР и США), а также потребность промышленности в новых технологиях, опирающихся в первую очередь на естественнонаучные и тесно с ними связанные технические знания. Образовалась широкая сеть образовательных и научно-исследовательских учреждений, финансируемых государством и частными компаниями. С конца ХIX в. средства, вложенные в научные разработки, начали приносить прибыль, наука стала окупаемой. В течение ХХ столетия было сделано более 90 % научных открытий и изобретений от их общего числа за всю историю развития человечества. К наиболее значимым достижениям и концепциям естествознания в ХХ в. относятся:

· теория относительности, квантовая механика, разработка теории строения вещества, открытие и исследование ядерных реакций и элементарных частиц, изобретение ускорителей частиц и синтез трансурановых элементов, гипотеза о кварках, изобретение лазера, передача электромагнитных сигналов на расстояние (радио, телевидение, радиолокация, волоконно-оптическая и мобильная телефонная связь), открытие полупроводников и изобретение компьютеров, создание теорий физических взаимодействий и квантовой теории поля, открытие сверхпроводимости, термоядерный синтез, развитие атомной энергетики и электроники;

· концепция расширяющейся Вселенной, развитие космической техники и полеты в космос, открытие и исследование звезд и галактик, пульсаров, квазаров, нейтронных звезд, «черных дыр» и других космических объектов;

· исследование внутреннего строения Земли, создание теорий континентального дрейфа и тектоники литосферных плит;

· развитие квантовой химии и учения о химических процессах, изобретение новых синтетических материалов – полимеров, синтетических волокон, искусственных алмазов, фуллеренов, металлокерамики и других элементоорганических соединений; развитие нанотехнологий;

· создание хромосомной теории наследственности и учения о мутациях, открытие структуры ДНК, расшифровка генетического кода, развитие генной инженерии, выделение и синтез белков, ферментов и других биоматериалов, создание генетически однородных копий живых организмов (клонирование), развитие экологии и создание учения о биосфере, концепция ноосферы; разработка моделей устойчивого развития;

· развитие синергетики (исследование сложных развивающихся систем и процессов самоорганизации в них) и др.

В основе современной естественнонаучной картины мира лежат следующие концепции: теория относительности, квантовая механика и квантовая теория поля; новая космология , основанная на модели расширяющейся Вселенной ; эволюционная химия , стремящаяся к овладению опытом живой природы; генетика и молекулярная биология ; кибернетика , воплотившая идеи системного подхода; синергетика , изучающая процессы самоорганизации в сложных открытых системах.

Важным достижением современного естествознания стало развитие биосферного цикла наук, новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала быть случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи. Науки биосферного цикла, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биогеография, экология, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, т.е. происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, реально формирующий этот мир и создавший его в нынешнем виде. Воплощением этих идей стал антропный принцип современной науки, в соответствии с которым наша Вселенная такова, какова она есть, только потому, что в ней есть человек.

Характерными особенностями и методологическими основаниями современного естествознания являются:

· системный подход к изучению окружающего мира, в соответствии с которым мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности;

· диалектический способ мышления , основанный на идее всеобщей связи и развития;

· принцип глобального эволюционизма (все явления рассматриваются как процесс саморазвития и самоорганизации материи во Вселенной);

· анализ, являвшийся основным методом классической науки, уступил место синтезу и интеграции различных видов знания;

· детерминизм (признание существования жестких причинно-следственных связей) сменился вероятностными представлениями ;

· невозможным считается получение абсолютной истины; истина считается относительной , существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности;

· процесс познания более не считается простым зеркальным отражением природы; признается, что человек накладывает свой отпечаток на образ мира и результаты исследования.

С середины ХХ в. наука окончательно слилась с техникой, что привело к современной научно-технической революции , имевшей наряду с положительными и ряд отрицательных последствий. Использование научных открытий для создания новых видов оружия, потребительское отношение к природе привели к состоянию кризиса. Современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические замечания со стороны философов, культурологов и др. По их мнению, техника дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями, отнимая его у природы и превращая в придаток машины. К этой гуманистической критике науки вскоре присоединились более тревожные факты последствий бесконтрольного использования достижений науки и техники – загрязнение воды, воздуха, почвы, вредоносное воздействие на живые организмы, вымирание видов и другие нарушения в экосистеме планеты. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса и должна будет существенно измениться. Эти изменения, очевидно, будут связаны с дальнейшей интеграцией естественнонаучной и гуманитарной составляющих культуры, экологизацией и гуманизацией естествознания.

Глава 3. Концепции физики

Естествознание включает множество наук, но порядок их рассмотрения редко бывает произвольным. Обычно изучение естествознания начинается с физики, исследующей наиболее простые и вместе с тем наиболее общие свойства тел и явлений. История науки свидетельствует, что именно физика очень долгое время была лидером естествознания, наиболее развитой и систематизированной естественной наукой, внесшей наибольший вклад в формирование научной картины мира. Большинство научных революций и потрясений в естествознании были связаны с появлением новых физических открытий и теорий.

· Физика – наука, изучающая строение материи и законы ее движения.

Само слово «физика» происходит от греческого рhэsis – природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Становление физики как самостоятельной науки связывают с работами Галилея и Ньютона (XVII в.), благодаря которым законы физики стали базироваться на фактах, установленных опытным путем, и их математическом осмыслении. Классическая механика Ньютона являлась основой развития естествознания до появления квантовой механики и теории относительности в начале ХХ вв.

Современная физика базируется на точном эксперименте и развитом математическом аппарате. В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения она подразделяется на ряд дисциплин: механику, оптику, термодинамику, электродинамику, квантовую механику, ядерную физику, физику элементарных частиц, физику твердого тела и др. В результате взаимодействия физики с другими естественными науками появились такие междисциплинарные научные направления, как астрофизика, биофизика, геофизика, химическая физика.

Круг явлений и процессов, рассматриваемых в рамках физики, очень широк. Для их описания используются такие фундаментальные понятия, как материя, движение, взаимодействие, пространство, время, энергия. Важнейшим из них является понятие материи. Революции в физике всегда были связаны с изменением представлений о материи.

В наше время стало модой говорить о законах природы и общества. Применительно к природе это, строго говоря, неверно. Природа не знает законов. Это мы придумываем их, пытаясь хотя бы как-то систематизировать происходящее. Термин “закон природы” следует понимать в том смысле, что природные явления повторяемы и, следовательно, предсказуемы. Как бы-то ни было, повторяемость природных явлений дает возможность науке формулировать законы, которые принято называть законами природы. В их исследовании человечество руководствуется некоторыми чрезвычайно общими принципами, облегчающими процесс изучения природных явлений.

Один из наиболее общих естественнонаучных принципов - принцип причинности , утверждающий, что одно природное явление порождает другое, являясь его причиной.

Существование цепочки причинно-следственных связей позволяет иногда сделать выводы общего характера. Так, опираясь только на непрерывность цепочки причин и следствий, немецкий судовой врач Роберт Майер сумел сформулировать закон сохранения и превращения энергии, являющийся фундаментальным законом современного естествознания.

Обратите внимание на то, что вопрос “почему”, строго говоря, неправомерен. Мы не знаем и, по-видимому, никогда не узнаем конечной причины ни одного природного явления. Правильнее было бы спрашивать “как”. Какой закономерностью описывается данное явление?

Наука в своем развитии работает над выявлением все более и более глубоких причин природных явлений. Этот процесс дает теологам основание утверждать, что в конечном итоге научный процесс должен привести к определению конечной причины, т. е. Бога, и в этом пункте наука и религия сольются.

Другим общим принципом является принцип Кюр и. Он назван по имени того самого Пьера Кюри, который вместе со своей женой Марией Склодовской — Кюри открыл химический элемент радий. Кроме этого Пьер Кюри за свою недолгую жизнь сделал еще довольно много научных открытий. По-видимому, важнейшим из них является принцип Кюри.

Представьте себе некоторое качество А. Например, электрический заряд или, скажем, рыжий цвет волос, или еще какое-нибудь качество. Вряд ли оно будет равномерно распределено в пространстве. Вероятнее всего в пространстве будет существовать градиент (Градиентом скалярной функции называют вектор, направленный в сторону скорейшего возрастания этой функции. Величина градиента равна производной от этой функции, взятой по направлению ее скорейшего возрастания) этого качества.

Принцип Кюри утверждает, что если существует градиент некоторого качества А, то неизбежно возникнет перенос этого качества в сторону его недостачи, причем поток качества А, т. е. его количество, переносимое через единичную площадку в единицу времени, пропорционален величине этого градиента.

Представьте себе пространственное распределение товара под названием лавровый лист в нашей стране. Максимум его приходится, конечно же, на субтропические зоны Кавказа, а минимум его, что вполне естественно, приходится на районы Крайнего Севера. Налицо градиент лаврового листа. Согласно принципу Кюри существование такого градиента приведет к возникновению переноса лаврового листа с районов Кавказа на Север.

Существует огромное число эмпирических законов из области физической и химической кинетики от закона Ома и до классического уравнения диффузии, являющихся следствиями принципа Кюри. Мне кажется, что экономистам следует очень внимательно отнестись к этому принципу. Ясное его понимание позволит избежать массы ошибок.

Чрезвычайно продуктивным в научном отношении является уже упоминавшийся ранее принцип двойственности (дополнительности) . Он основан на двойственной природе познания. Вы, наверное, уже обратили внимание на существование парных понятий, совместно определяющих взаимоисключающие стороны целого. Выделение таких частей является существенной частью процесса познания.

Описывая что бы то ни было, мы прибегаем к абстракции — выделению сторон изучаемого, важных в данном отношении. Несущественные стороны обычно опускаются из рассмотрения. В дальнейшем, если выбранная абстракция оказывается плодотворной, она замещает исходное представление об изучаемом явлении. При этом отброшенные стороны явления опускаются из рассмотрения, даже если они являются весьма существенными.

Принцип двойственности

Принцип двойственности предписывает нам при описании чего бы то ни было одновременно рассматривать две взаимоисключающие стороны. В зависимости от обстоятельств более существенной может оказаться одна из них. В других обстоятельствах важнее окажется другая. Если, пытаясь решить какую-нибудь задачу, вы встретились с непреодолимыми трудностями — попробуйте подход, основанный на альтернативных представлениях. Весьма вероятно, что он окажется удачным.

Кто из вас скажет, что такое свет? В школе вам объясняли, что это электромагнитная волна. Это представление принято в классической парадигме и в общем неплохо описывает свойство света. Однако, как вы знаете, свет состоит из отдельных частиц — фотонов. Без этого представления невозможно объяснить фотоэффект, эффект Комптона и многое другое. Так что же такое свет — это волна или поток частиц? При изучении свойств света допустима и та и другая абстракция. Согласно принципу двойственности избежать ошибок в описании возможно, проводя и то и другое описание параллельно

Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции утверждает, что результат воздействия на материальную систему двух факторов может быть представлен в виде суперпозиции (наложения) воздействия каждого из этих факторов, действующих независимо друг от друга. В этом принципе неявно предполагается, что при наложении факторы не возмущают друг друга. Принцип обладает меньшей степенью общности, чем принцип Кюри. Однако во многих случаях оказывается весьма полезным.

Принцип симметрии

Принцип симметрии основан на изначальных представлениях об однородности и изотропности пространства. Предполагает инвариантность природных процессов к преобразованиям симметрии. Основываясь на принципе симметрии, Эмми Нетер показала, что основополагающие физические законы сохранения энергии и импульса (количества движения) являются следствием однородности и изотропности пространства.

Принцип симметрии использует интуитивное представление о полном равноправии правого и левого. Тем более удивительной должна показаться вам “левая” ориентированность живой природы. Вам, по-видимому, известно, что молекулы многих природных соединений закручены наподобие пружины. Такую закрученную структуру имеет, например, сахар или входящий в ваши организмы холестерин. Спиральную структуру имеют многие ферменты растительного и животного происхождения. Если получать такие соединения путем химического синтеза, то в полном соответствии с принципом симметрии получается примерно одинаковое количество молекул, закрученных по правой и по левой спирали. Так вот, все живое на нашей планете состоит из молекул, закрученных по левой спирали. Обратите внимание, что и сердце у вас смещено влево, а не вправо. Почему это так, науке еще предстоит выяснить. Пока же отметим, что принцип симметрии, сколь бы соблазнительно очевидным он ни выглядел, является весьма и весьма ограниченным.

Еще более ограниченным, хотя от того и не менее плодотворным является принцип подобия. Согласно этому принципу после известного преобразования уравнения, описывающие подобные системы, оказываются одинаковыми.

Возьмем, к примеру, так называемые малые колебания. Оказывается, что после некоторых математических преобразований колебание груза, подвешенного на ниточке, и электрического тока в колебательном контуре могут быть описаны одним и тем же уравнением. Принцип подобия удается применить, увы, не всегда. Однако, если в процессе своей практической деятельности вы сумели обнаружить подобие между какими-то группами явлений, — считайте, что успех вам обеспечен.

Принцип относительности

Согласно принципу относительности не существует абсолютного движения. А следовательно, не существует и абсолютного пространства, абсолютного времени и т. п. Этот принцип подразумевает, что протекание природных процессов не зависит от того, какую точку зрения занимает наблюдатель, их описывающий. Был выдвинут Альбертом Эйнштейном в качестве одной из основ частной теории относительности. Оспаривался многими учеными. В настоящее время прочно вошел в инертное ядро современной научной парадигмы.

Прямым следствием принципа относительности является принцип инвариантности законов природы к преобразованиям системы отсчета, в которой они были сформулированы. Принцип инвариантности утверждает, что вид основных уравнений, описывающих природные явления, не зависит от преобразования координат и времени, входящих в эти уравнения.