Раздел 1. Эволюция и методология естествознания

1.1. Основные этапы эволюции естествознания

Современное естествознание формировалось в течение длительного периода истории человечества. Наибольший вклад в него дала наука последних столетий.

Наиболее ранние сведения о познаниях человека, дошедшие до нас, относятся к цивилизациям Древнего Египта, Месопотамии, Индии и Китая. Все эти цивилизации сложились в наиболее благоприятных почвенных и климатических условиях в долинах крупных рек. Постепенно в них сформировалась система государственного устройства; в одних раньше, в других позже, первобытно-общинный строй сменился рабовладельческим; была изобретена письменность. Все это способствовало накоплению знаний, разделению труда и развитию всевозможных технологий и земледелия. Уже в V тысячелетии до н.э. в Индии и Китае умели выплавлять медь, в IV тысячелетии до н.э. в Месопотамии, а затем и других цивилизациях научились выплавлять бронзу (сплав меди и олова), а во II тысячелетии до н.э. – железо. Кроме металлургической технологии были развиты производства стекла, керамики, тканей, музыкальных инструментов и др. Большое развитие в этот период получили кораблестроение и мореплавание; совершенствовалась архитектура; закладывались основы строительной механики, астрономии, математики. Строились города, возводились дворцы и храмы, в Древнем Египте были построены пирамиды, которые сохранились до нашего времени и сегодня называются одним из Семи Чудес Света. В Месопотамии и Древнем Египте знали основы геометрии и умели решать квадратные уравнения, изобрели приборы для измерения времени, календарь и т.д.

Несмотря на все эти достижения, естествознание обретает статус науки только в период древнегреческой цивилизации (VII–I) вв. до н.э. Именно в Древней Греции создаются первые научные школы, в которых формируются принципы научного познания: систематизация, доказательность, рациональное обоснование, логика познания. Впервые начинается целенаправленное изучение окружающего мира ради познания самой истины. Зарождается первая наука – натурфилософия (в переводе «мудрое толкование природы»), объединившая в себе познания о природе, человеке, месте человека в мире.

Натурфилософия, используя только наблюдение как метод научного познания, ограничилась лишь умозрительным толкованием природы. В ней одновременно развивались как идеалистическое направление, основанное Пифагором в VI веке до н.э. и продолженное его последователями Сократом, Платоном и др., так и материалистическое, представителями которого были Фалес, Левкипп, Демокрит, Эпикур и др. Наряду с такими фантастическими представлениями как то, что Земля имеет форму сферы и плавает в воде, а первоначала всех вещей – это четыре стихии: огонь, вода, земля и воздух, в натурфилософии уже в V–IV вв. до н.э. (Левкипп, Демокрит) выдвигается материалистическая концепция атомизма, согласно которой «ничто не создается из ничего, а есть образование атомов, между которыми есть только пустота, и ничто не исчезает в никуда, а распадается на части, в конечном итоге на атомы». В III веке до н.э. Птолемей создает геоцентрическую систему мира, в которой Земля является центром Вселенной, а Луна, Солнце и Звезды вращаются вокруг нее. Эта система мира просуществовала до XV века и была канонизирована Католической церквой.

Первую научную школу в Древней Греции основал Фалес из г. Милета (654–547 гг. н.э). Он первым продемонстрировал обществу прогностическую силу науки, точно предсказал солнечное затмение 585 г. до н.э; определил продолжительность года в 365 дней; установил время солнцестояний и равноденствий; высказал идею о том, что звезды состоят из того же вещества, что и Земля.

Классиком античной науки называют Аристотеля. Школа-лицей Аристотеля, созданная им в Афинах в 335 г. до н.э., объединяла лучшие умы Древней Греции, став на долгие годы центром науки и культуры, а идеи и взгляды самого Аристотеля почти на 20 веков стали господствующими в науке. Его сочинения охватывают практически все направления существовавшего в то время знания: принципы бытия и этики; ступени природы и государственное устройство; разум человека и суть искусства; движущие силы и основы мироздания и т.д. Он разработал основы формальной логики и логической дедукции как методов научного познания; систематизировал знания о природе, расположив ее составляющие в следующей иерархии: неорганический мир, растение, животное, человек. Аристотель высказал мысль о том, что «мир – это целостное, естественно возникшее образование, имеющее причины в самом себе», что согласуется с современной научной картиной мира.

Большой вклад в развитие античной математики внес Евклид из Александрии (III в. до н.э). Им были сформулированы аксиомы о параллельности прямых и сумме углов треугольников в 180°; разработаны системы доказательств (теорем) о равенстве и подобии геометрических фигур, а также методы расчета площадей и объемов тел. Геометрия, построенная на аксиомах Евклида (евклидова геометрия), не утратила своей значимости и в наши дни.

Основоположником статики и гидростатики является Архимед из Сиракузы (287–212) гг. до н.э. Он впервые ввел математику в естествознание и технику. В его основополагающих трудах по статике и гидростатике основные законы и сделанные на их основе разработки отображены в виде формул, чертежей и математических расчетов. Ему принадлежат многочисленные изобретения: архимедов винт, определение состава сплавов взвешиванием в воде, условия плавания тел, механизмы по поднятию больших тяжестей, фортификационные сооружения Сиракуз (о.Сицилия) и др. Многое из его разработок сохранило значимость до настоящего времени. Архимед был одним из последних ярких представителей науки древнегреческого периода.

Натурфилософия Древней Греции внесла неоценимый вклад в формирование естествознания как науки. Древнегреческие мыслители не только объединили разрозненные познания человека об окружающем мире, но и обобщили их до уровня целостного понимания природы; сформировали принципы логического познания; заложили основы математики и ввели ее в естествознание и технику, тем самым подготовив переход натурфилософии от умозрительного толкования природы к количественному отображению причинно-следственных связей. Однако наступивший в Европе мрачный период средневековья на столетия приостановил развитие этих идей и взглядов.

Эпоха средневековья, как принято считать, начинается в 5 веке с распада Римской империи и освобождения западноевропейских народов от ее владычества, а завершается эпохой Возрождения в 15-16 веках. Это длительный и исторически значимый период для Европейской цивилизации. Это период становления государственности и христианства в Западной Европе, что сопровождалось нескончаемыми междоусобными и религиозными конфликтами и войнами. И даже завершение формирования государств и закрепление государственных границ не принесло долгожданного мира в Европу. Напротив, к существовавшим локальным конфликтам добавились длительные, изнуряющие войны между государствами. А война между Англией и Францией даже получила название «Столетней». Не простым было и становление христианства в Западной Европе. Религиозные конфликты, начавшись с борьбы за чистоту веры, завершились в итоге расколом самой церкви на Протестантскую и Католическую и подчинили церкви всю светскую жизнь общества. Все это естественно сказалось на науке, культуре, идеологии, философии и даже архитектуре. Это была эпоха, когда прославлялись воинская доблесть, мужество, отвага, а замки знатных вельмож строились как крепости, способные выдержать осаду. Школы, просвещение и даже университеты, открывшиеся в 12 веке в Италии, Англии, Франции – все находилось в руках церкви, догмы которой лежали в основе всех представлений о природе, мире, человеке. Всякое инакомыслие объявлялось ересью и жестоко каралось инквизицией. Философская мысль направлялась не столько на поиски истины, сколько на схоластическое толкование церковных канонов, а практическая – на поиски «философского камня» и «эликсира долголетия». Вплоть до эпохи Возрождения (XV век) наука в Европе находится в упадке; естествознание вырождается в теологию, угнетающую свободомыслие и разум человека; процветают алхимия, магия, астрология, мистика.

На рубеже XIV–XV веков зарождение нового капиталистического способа производства потребовало осознания практической значимости науки, что привело к возрождению античной науки и культуры и дальнейшему развитию естествознания. Период XV–XVI веков в истории так и называют Эпохой Возрождения. Наиболее яркими представителями науки этой эпохи являются Леонардо да Винчи, Н. Коперник, Дж. Бруно, Г. Галилей, И. Кеплер.

Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.) был выдающейся личностью не только своей эпохи, но и всей истории человечества. Он был художником, архитектором, скульптором, ученым, инженером. Его знаменитые произведения «Тайная вечеря» и «Джоконда» вот уже более 500 лет не перестают восхищать зрителей эстетическим содержанием и гармонией. Он высказал мысль о невозможности вечного двигателя; открыл явление подъемной силы; в оставленных им рукописях (около 7 тыс. листов) содержатся чертежи, эскизы и расчеты многочисленных инженерных разработок: эскизы летательных аппаратов, парашюта, различных гидротехнических сооружений, шарикоподшипников, различных печей и т.д. и т.п. Многие из его разработок опередили свое время и были реализованы только спустя десятки и сотни лет.

Н. Коперник, И. Кеплер и Дж. Бруно совершили поистине переворот в естествознании. Н. Коперник отказался от геоцентрической системы мира Птолемея с Землей в центре Вселенной и создал гелиоцентрическую систему, в которой центром является Солнце, а Земля как и другие планеты вращается вокруг него.

И. Кеплер, изучая движение планет, установил, что их траектории – это эллипсы, в одном из фокусов которых находится Солнце. Он сформулировал три закона (законы Кеплера), которые позволяют определить положение планет в пространстве и скорости их движения. Законы Кеплера являются основой небесной механики и используются в астрономии до настоящего времени.

Дж.Бруно, развивая идею Коперника о гелиоцентрической системе, выдвинул концепцию о бесконечности Вселенной и бесчисленном множестве миров в ней.

Дальнейшее развитие естествознание получило в работах Г. Галилея (1564–1642 гг.). Он завершил формирование метода научного познания, добавив к наработанным в античное время принципам логического познания и наблюдения экспериментальный метод, включающий в себя эксперимент и математическую обработку его результатов. Г. Галилей открыл закон инерции и законы свободного падения, определил величину ускорения свободного падения; построил телескоп, наблюдая в который открыл на Луне горы, на Солнце увидел пятна, у планет обнаружил спутники, по движению солнечных пятен установил вращение Солнца вокруг своей оси. Он сформулировал принцип относительности, согласно которому все инерциальные системы отсчета равноправны, а следовательно нет каких-то особых абсолютных систем, значит нет и абсолютных движений, а покой и движение есть понятия относительные. Труды Г. Галилея явились основой создания классической механики, ускорили процесс формирования физики и астрономии как самостоятельных наук, способствовали их дальнейшему развитию и отделению от натурфилософии.

Завершил работу по созданию классической механики и астрономии И. Ньютон (1643–1727) гг. В основе механики Ньютона лежат понятия об абсолютности пространства, времени, материи и их независимости от наблюдателя. Введя понятия массы т и силы F, он сформулировал три закона (законы Ньютона), которые составляют основу классической механики и позволяют описать любые механические взаимодействия тел. Им была выдвинута концепция, согласно которой причины падения тел на Землю и движения планет вокруг Солнца имеют одинаковую природу, а следовательно взаимодействие земных и небесных тел подчиняется одному и тому же закону. Таким законом стал закон Всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном в 1687 году.

Таким образом к концу XVII века завершился второй этап формирования естествознания. Была отработана методика научного познания; создана небесная и классическая механики; сформирована концепция объективности реального мира, в котором все процессы управляются естественными законами природы. К этому времени обрели самостоятельность такие науки как математика, физика, химия, биология, астрономия.

Период XVIII–XIX веков характеризуется стремительным развитием промышленности, которая все более вовлекает науку в сферу производства и технологий. Это способствует активному и целенаправленному развитию науки и ее дальнейшей дифференциации. Создается большое количество прикладных наук, решающих те или иные задачи производства. Стремительно развивается математика: завершается создание аналитической геометрии и дифференциального и интегрального исчислений; разрабатывается теория дифференциальных уравнений и функциональный анализ и т.д.

Основная философская мысль этого периода направлена на изучение внутреннего строения как неживой, так и живой материи. В результате создается молекулярно-кинетическая теория строения вещества, которая является основой современной молекулярной физики. Изучено строение живых организмов, что стало основой современной анатомии человека и животных. Большое внимание в этот период уделяется электрическим и магнитным взаимодействиям. В конце XIX века Максвеллом разрабатывается теория электромагнитного поля, объединяющая электрические и магнитные поля и позволяющая описать любые электромагнитные взаимодействия. Понятие поля, как особой континуальной (непрерывной) формы материи, через которую происходит взаимодействие заряженных тел, позволило сформировать концепцию близкодействия, являющуюся основой всей современной науки. Поле и вещество стали рассматриваться как две объективно существующие формы материи.

К концу XIX века завершилось формирование классического естествознания, которое до настоящего времени является основой многих промышленных технологий, изучается в школах и вузах и в состоянии объяснить и описать практически все явления и процессы, протекающие в макромире.

Наука XX века отличается высокими темпами развития и глубиной проникновения в основы живой и неживой материи. В этот период открывают элементарные частицы и устанавливают строение атома и ядра; создается квантовая физика, изучающая процессы микромира. Формируется клеточная теория строения живых организмов и устанавливаются биомолекулярные механизмы, управляющие их жизнедеятельностью; создается теория происхождения и эволюции жизни на Земле. С помощью оптических, радио- и рентгеновских телескопов обнаруживают во Вселенной бесчисленное множество галактик с миллиардами звезд в каждой; создается теория происхождения и эволюции Вселенной.

Научные достижения XX века качественно изменили облик современной цивилизации: Человек вышел в Космос и начал осваивать околоземное пространство; открыт и используется новый вид энергии – ядерный; ведутся разработки по клонированию живых организмов и получению растений и животных с новыми свойствами, не существующими в природе (генная инженерия); проводится глубинное исследование Вселенной и т.д. XX век выделяют как век формирования современного естествознания.