Томас Кун. Структура научных революций:
Парадигма– теория, составляющая ядро научных знаний. Парадигма задает направления и способы научной деятельности. Вокруг парадигмы группируются более частные теории, для которых она является фундаментом.
Научные революции – смена парадигм. Три основные черты:
1) крушение и отбрасывание идей, ранее господствовавших в науке;
2)быстрое расширение знаний о природе, вступление в новые ее области, ранее недоступные для познания; отметим, что здесь важную роль играет создание новых инструментов и приборов;
3) естественно-научную революцию вызывает не само по себе открытие новых фактов, а радикально новые теоретические следствия из них; другими словами, революция совершается в сфере теорий, понятий, принципов, законов науки, формулировки которых подвергаются коренной ломке.
Ф. Жолио-Кюри: «Чем дальше эксперимент от теории, тем он ближе к Нобелевской премии».
Понятие концепции
Концепция – философская, мировоззренческая составляющая научных парадигм
То, что формирует научную картину мира. Фундаментальные концепции, родившись в одной из наук (обычно физике), пронизывают все естествознание своего времени, составляя общенаучную парадигму.
Именно на них мы будем акцентировать внимание в данном курсе.
Примеры: концепции пространства и времени, концепции взаимодействий, причинности.
Цели курса
познакомить с понятиями и теориями, формирующими ядро современной науки,
дать представление о научном мышлении
и их противоположности – характерных стереотипах и дискуссионные приемах лженаук, научить проводить демаркационную линию между ними.
Характерные черты лженауки
Некритичность
Использование неточных, часто обыденных и размытых понятий
Грубые ошибки в постановке опытов – отсутствие контроля и воспроизводимости
Сознательное искажение и подтасовка фактов
Отсутствие системности – связи с остальным научным знанием, непротиворечивости с ним и внутренней. Покушение на авторитеты.
Большие Буквы и много пафоса
Интенсивная самореклама на ТВ и в прессе
Лженаука в корне отличается от неверной научной теории. Последняя может быть опровергнута фактами и экспериментами. Первая же не признает никаких экспериментов, кроме тех, что подтверждают ее правильность и проводятся в лаборатории изготовителя теории. Примеров вы найдете множество по ссылкам в разделе «Лженаука» на сайте.
Причины, по которым люди становятся лжеучеными, разные. Во-первых легкость. Во-вторых – привлекательность с точки зрения быстрого ответа на старые научные проблемы. Но это «честные» причины. Самая же худшая и прозаическая – когда создатель прекрасно осознает всю истинную ценность своей конструкции – и тем не менее, продолжает ее продвигать всеми возможными и невозможными способами, рассчитывая получить финансирование и известность.
Смена картин мира в физике
Натурфилософская – античность и средние века. Геоцентризм (Птолемей) гелиоцентризм (Коперник).
Механическая – с 17 в. (Галилей и Ньютон).
Термодинамическая – 19 в. (Бойль, Джоуль, Румфорд (Томпсон), Аррениус)
Электромагнинтая – посл. четверть 19 в. (Максвелл).
Квантово-релятивистская – начало 20 в (Эйнштейн и создатели квантовой механики)
Теория всего? - 21 в.?
Мы не будем подробно останавливаться на ранних научных картинах мира, дадим лишь их краткую характеристику.
Античность и средние века
Наука как рациональное теоретизированное объяснение явлений зародилась в Древней Греции. Наука в современной форме, с опорой на эксперимент – в Новое время (17 в.) в Европе. Это одна из загадок генезиса науки – почему лишь одна из цивилизаций, европейская, породила такую форму получения и оформления знаний.
Ответ на вопрос на лекции
Почему мы уверены, что у индейцев майя не было науки?
Ответ простой – потому что до нас не дошло никаких письменных свидетельств о противоположном – что эта наука была. Говорить же о том, что могло быть – можно. О том, что у майя были некоторые астрономические знания – тоже. Но не любые знания являются наукой.
Точно так же не было науки и у древних египтян, несмотря на развитую практическую геометрию, необходимость в которой диктовалась землемерными работами. Но из этого не выросла наука геометрия. Потому что египтяне свои расчеты иллюстрировали рисунками и примерами – делать надо так. Доказывать же, почему так, а не иначе, они не считали нужным. А именно это – отличительная черта науки: обосновывать и выводить свои знания рациональным путем.
Совсем другое мы видим в Греции. Фалес Милетский (6 век до н.э) был первым, кто начал доказывать теоремы геометрии, что до него никем не делалось. Греки доказывают и обосновывают свои знания. Они строят «теории всего», объясняя мир из единого начала путем рассуждений и логики. А это и есть наука.
Александрийский астроном Клавдий Птолемей (2 в. до н.э.) разрабатывает первую математическую схему движения планет – ГЕОцентрическую систему. Это самая долговечная из научных теорий – оставалась астрономической картиной мира полторы тысячи лет, до Коперника.
Натурфилософия средних веков
Наука здесь развивается как составная часть философских систем – философия природы, и вполне соответствует своему названию. Основная черта построений этого периода – тотальный дедуктивизм – выведение свойств вещей из общих принципов, постулируемых рассуждениями.
Из структуры кафедр средневековых университетов вырастает современное деление наук: Sciense – естественные науки, философия природы, Humanities – гуманитарные и Philosophy – философия.
Механическая картина мира
Ядром механической картины мира (КМ) является механика Ньютона. Но она возникла не на пустом месте. Первая революция в естествознании началась с Коперника, Тихо Браге, Кеплера и Галилея.
Николай Коперник, ГЕЛИОцентризм.
1543 — “О вращениях небесных сфер”, отправная точка – отсутствие красоты в системе Птолемея. Планеты Коперника движутся по окружностям, а не эллипсам.
Вспышка сверхновой в 1572 и яркая комета 1577 г. → новый интерес к астрономии и выводам из системы Коперника.
Джордано Бруно (1548-1600) объединил гелиоцентризм Коперника с идеями Николая Кузанского о бесконечности Вселенной, и ее однородности и изотропности. Догадался, что Солнце – лишь одна из звезд, а значит миров, подобных нашему – множество, и они могут быть обитаемы.
Тихо Браге, с 1580 – обсерватория на собственном острове и астрономические наблюдения. Иоганн Кеплер, 1605 – математическая обработка данных Браге привела к эмпирическому выводу трех законов:
Орбиты планет – эллиптические, а не круговые, как считалось раньше. В одном из фокусов эллипса находится Солнце.
Планеты движутся неравномерно, их скорость меняется. Меняется она таким образом, что за равные промежутки времени радиус-вектор описывает равную площадь (закон постоянства площадей).
Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца (Т) пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит (а):
Галилео Галилей (1564–1642) –
основы современного научного метода:
В 1992 году католическая церковь признала свою ошибку в отношении Галилея, совершенную 300 лет назад, когда в 1663 он был признан еретиком. А в этом, 2009 – году астрономии – впервые отслужила мессу по случаю дня рождения Галилея.
Главным из того, что совершил Галилей были не конкретные его достижения в физике и астрономии, а то, что он полностью перевернул средневековое представление о МЕТОДАХ науки. Высшим научным авторитетом для Галилея становится эксперимент и строгая математическая обработка его результатов. Галилей был первым, кто вынес телескоп из обсерватории на площадь – чтобы все могли сами посмотреть и убедиться. Именно этим символическим жестом наука объявила, что высшим доказательством является прямое наблюдение и эксперимент.
Важнейшее убеждение, явно сформулированное Галилеем – что законы физики универсальны в любой точке пространства и времени, они не зависят от того, кто и когда ставит опыт. Именно отсюда вытекает сохранившее свою непререкаемость и в наши дни требование воспроизводимости результатов.
Таким образом, Галилей изменил понимание науки. Научными стали считаться дисциплины, которые использовали в качестве доказательств эксперимент. Разумеется, это не освобождало науки от построения гипотез и теорий – изменились лишь методы их обоснования и проверки.
В области физики и астрономии
Галилей
разграничил понятия равномерного и неравномерного, ускоренного движения
сформулировал понятие ускорения и показал, что именно оно, а не скорость является результатом действия на движущееся тело силы
экспериментально опроверг положение физики Аристотеля о том, что тяжелые тела падают на землю быстрее, чем легкие и доказал, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела → закон свободного падения тел
вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время падения тел:
S= 1/2 gt2
сформулировал принцип инерции: “если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения”
ввел инерциальную систему отсчета
постулировал эквивалентность всех инерциальных систем отсчета в отношении механических явлений – принцип относительности
открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).
Подробнее о важных моментах:
Инерциальная система отсчета.
Это система, в которой выполняется закон инерции: если на тело не действуют внешние силы, то оно находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.
Произвольная система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно некоторой инерциальной системы отсчета, также является инерциальной.
Принцип относительности Галилея.
Законы механики во всех инерциальных системах отсчета одинаковы. Иными словами, нет какой-то «выделенной» системы отсчета. Никакими экспериментами нельзя определить, какая из двух систем стоит на месте, а какая движется. Принцип относительности был сформулирован еще Коперником.
Преобразования Галилея:
Любой пространственный переход от одной инерциальной системе к другой можно представить как комбинацию двух типов преобразований: параллельного переноса начала системы отсчета и поворота относительно начала координат в одной из трех плоскостей: XY, YZ, ZX. Временные преобразования систем координат сводятся к изменению точки отсчета времени. Подробнее об этих преобразованиях мы поговорим в лекции по теории относительности – так надо.
Следующая лекция будет о Ньютоне и Максвелле.