2.4. Стихийно-диалектический период
В XIX в. промышленность вступает в фазу крупного машинного производства. Энергетической базой промышленности становится паровой двигатель, и преимущественное развитие механики перестает удовлетворять потребности производства. На первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревращения форм энергии и видов вещества.
Огромное значение в формировании новых концепций в естествознании имели работы большой группы ученых (Карно, Клаузиус, Гельмгольц и др.) в области термодинамики – науке о тепловых явлениях, в которых не учитывается молекулярное строение тел. В основе термодинамики лежат три фундаментальных закона (начала), которые являются итогом обобщения практического опыта человечества. Первое начало – закон сохранения и превращения энергии в макросистемах: количество теплоты, сообщенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. В природе все процессы могут совершаться самопроизвольно лишь в определенном направлении (например, теплота передается от тела более нагретого к менее нагретому). Направление течения самопроизвольных процессов определяет второе начало термодинамики: естественные процессы протекают в сторону увеличения энтропии (Р. Клаузиус). Его называют также принципом возрастания энтропии. Третье начало характеризует поведение макросистем при температуре, близкой к абсолютному нулю: энтропия любой системы стремится к нулю при стремлении к нулю температуры.
Состояние макросистемы (тела) может быть охарактеризовано двумя типами параметров: макроскопическими (параметры, которые можно измерить макроприборами – давление, объем температура) и микроскопическими – координаты и скорости отдельных частиц. Огромное число частиц делает невозможным какое-либо динамическое описание и поэтому требует иного, статистического описания. Математическим инструментом статистики является исчисление вероятностей. С точки зрения статистической физики энтропия выражает вероятность, и возрастание энтропии означает переход системы от менее вероятных состояний к более вероятным. Все естественные процессы происходят так, что вероятность состояния возрастает – и это означает переход от порядка к хаосу. Отсюда вытекает физический смысл энтропии: энтропия является количественной мерой беспорядка в системе.
В 1820 г. А. Ампер разработал теорию связи электричества и магнетизма. Он ввел понятия электрического тока и напряжения, электрической цепи, открыл закон, носящий его имя. Таким образом, Ампер заложил основы новой науки – электродинамики. Электродинамика – это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными частицами. В 1831 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, законы электролиза, изобрел электродвигатель. Дж. К. Максвелл в 1873 г. создал электромагнитную теорию света. Он показал, что колебания световых волн совершаются под воздействием напряженности электрического и магнитного полей. Предметное изучение проблем электромагнетизма в работах английских физиков М. Фарадея и Дж. Максвелла в конечном счете привело авторов к изменению представлений о прерывности и непрерывности материи, подорвало основы классических понятий абсолютного пространства и абсолютного времени. Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике и естествознании. Мир постепенно стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
В этот период большие открытия были сделаны и в химии, главное из них – периодизация элементов. К середине XIX в. было известно более шестидесяти химических элементов и множество их соединений. Предпринимались попытки их классификации по разным признакам. В 1869 г. Д.И. Менделеев пришел к выводу, что существует зависимость между свойствами каждого элемента и атомными весами: в порядке возрастания атомной массы сходные в химическом отношении элементы встречаются в ряду через правильные интервалы и, следовательно, повторяются периодически. Эта замечательная закономерность была сформулирована им в качестве закона периодичности: свойства простых тел, а также форма и свойств соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов (от заряда ядра атомов). Открытый закон периодичности Менделеев использовал для создания периодической системы (таблицы) элементов. В результате он предсказал свойства еще не открытых элементов и оставил в таблице для них места. Через несколько лет эти элементы были открыты.
До середины XIX в. развитие органической химии протекало в основном как накопление разрозненных экспериментальных фактов. Особые трудности при обобщении полученных результатов вызвало обнаружение явления изомерии органических соединений. Изомерами шведский химик Й. Берцелиус назвал соединения с одинаковым элементным составом, но разными химическими свойствами. Открытие изомерии дало толчок к созданию структурной теории в химии (А. Кекуле и А.М. Бутлеров). В ее основе лежит идея о том, что химические свойства вещества определяются взаимным расположением атомов в молекулах. А.М. Бутлеров в свою очередь создал теорию строения органических соединений, основные положения которой можно сформулировать следующим образом:
1) атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности;
2) свойства вещества определяются не только качественным и количественным составом молекул, но и их строением, взаимным влиянием атомов, как связанных между собой химическими связями, так и непосредственно несвязанных;
3) строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.
Таким образом, создание структурной теории позволило объяснить многообразие органических соединений как следствие способности атомов углерода образовывать прочные химические связи как между собой, так и с другими атомами. Структурная теория дала ключ к систематизации химических свойств органических соединений, в основу которой положено их строение.
Большие события в этот период происходили и в биологии. Ученым, создавшим первую эволюционную теорию, был выдающийся французский естествоиспытатель Ж.Б. Ламарк. В ее основу положено представление о развитии, постепенном и медленном, от простого к сложному, и о роли внешней среды в преобразовании организмов. В своем основном труде «Философия зоологии», опубликованном в 1809 г., Ламарк приводит многочисленные доказательства изменяемости видов (изменения под влиянием одомашнивания животных и окультуривания растений, при переселении организмов в другие места обитания с иными условиями существования, постепенные перемены гидрогеологического режима и климатических условий на поверхности Земли). Мысль о непостоянстве видов возникла у него в результате глубокого изучения строения растений и животных. Своими трудами Ламарк внес большой вклад в биологию. Сам термин «биология» принадлежит ему.
Взгляды Ламарка на механизм эволюции оказались ошибочными. Пути приспособления живых организмов к окружающей среде и видообразования спустя 50 лет вскрыл Ч. Дарвин. Его основной труд «Происхождение видов» в корне изменил представление о живой природе (1859 г.). Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмысливанию богатого фактического материала, собранного как самим Дарвином, так и другими учеными. Дарвин показал, что принцип естественного отбора объясняет возникновение всех без исключения основных характеристик органического мира. Теорией Дарвина завершились длительные поиски естествоиспытателей, которые пытались найти объяснение многим чертам сходства, наблюдаемым у организмов, относящихся к разным видам. Дарвин объяснил это сходство родством и показал, как идет образование новых видов, как происходит эволюция. Труд Дарвина явился одним из крупнейших достижений естествознания XIX в.
Наряду с фундаментальными работами, раскрывающими процесс эволюции, развития природы, появились новые естественнонаучные открытия, подтверждавшие наличие всеобщих связей в природе. Клеточная теория Т. Шванна показала, что в основе строения всех живых организмов лежит единообразный структурный элемент – клетка. Исследования развития зародышей позвоночных животных позволили обнаружить у эмбрионов птиц и млекопитающих жаберные дуги и жаберное кровообращение, что наталкивало на мысль о родстве рыб, птиц, млекопитающих и происхождении наземных позвоночных от предков, ведущих водный образ жизни. Русский ученый акад. К. Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки и что на ранних стадиях развития обнаруживается поразительное сходство в строении зародышей животных, относящихся к разным классам. Также в развитии биологии большую роль сыграла теория типов Ж. Кювье. Установленное им сходство строения животных в пределах типа объективно указывало на их возможное родство и происхождение от одного корня.
Одновременно развивались науки об организме человека – анатомия и физиология. Основателем сравнительной физиологии считается немецкий врач И. Мюллер. Его ученик Р. Вирхов доказал, что клетки образуются путем деления других клеток. Вместе с Э. Геккелем он также доказал, что хранение и передача наследственных признаков осуществляется с помощью клеточного ядра. Л. Пастер выделил активную часть микроорганизмов – бактерии. Он показал, что бактерии очень жизнеспособны, и уничтожить их можно только путем стерилизации. Пастер внес огромный вклад и в медицинскую науку, изучив иммунитет человека и создав прививки против сибирской язвы, холеры, бешенства.
Основополагающие открытия в физиологии высшей нервной деятельности совершил И.М. Сеченов. Он доказал, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы, и раздражение определенных центров в головном мозгу тормозит деятельность центров спинного мозга. Благодаря И.М. Сеченову головной мозг стал предметом экспериментального исследования, а психические явления начали получать материалистическое объяснение в конкретной научной форме. И.М. Сеченов высказал идею, что рефлекторный характер произвольных движений управляется головным мозгом. Продолжением этой идеи явилось открытие И.П. Павловым условных рефлексов.
Вторая половина XIX века – период выделения психологии из философии и естествознания, перехода ее на самостоятельный путь развития, оформления психологии как экспериментальной науки. Успехи физики и химии дали могучий толчок всему комплексу анатомо-физиологических наук, способствовали прогрессу медицины, психиатрии, биологии. При изучении психических явлений стали активно использовать методологию и методы естественных наук.
Благодаря работам И.М. Сеченова, И.П. Павлова, В.М. Бехтерева и их предшественникам в Европе, было твердо установлено, что мозг есть орган психики и поэтому все рассуждения о психических явлениях вне связи с мозгом, функцией которого они являются, становились бесплодной мистикой. Благодаря работам Ч. Дарвина, психика животных и человека стала выступать как необходимая сторона жизнедеятельности организма, обеспечивающая приспособление его к внешним условиям среды. Была обоснована связь психики животных и человека («Выражение эмоций у человека и животных», «Происхождение человека и половой отбор», 1871-72 гг.). Дарвином были заложены основы сравнительной психологии.
Эти открытия полнее раскрыли диалектику природы и нанесли окончательный удар по механистической картине мира.