1. Наука в Новое время: Галилей, Ньютон, Кеплер. Роль философских идей в создании физики.

Наука возникла в Европе, в Новое время, в XVI-XVII вв., в эпоху разделения знания на философию и науку.

Предпосылки науки создавались в древневосточных цивилизациях - Египте, Вавилоне, Индии, Китае, Древней Греции в форме эмпирических знаний о природе и обществе, в виде отдельных элементов, "зачатков" астрономии, этики, логики, математики и др.

Буржуазные революции дали мощный толчок для невиданного развития промышленности и торговли, строительства, горного и военного дела, мореплавания и т.п. Важнейшим фактором всех этих изменений оказывается наука, и прежде всего экспериментально-математическое естествознание, которое как раз в XVII в. переживает период своего становления. Постепенно складываются в самостоятельные отрасли знания - астрономия, механика, физика, химия и другие частные науки. Для возникновения науки в XVI-XVII вв., кроме общественно-экономических (утверждение капитализма), социальных (перелом в духовной культуре, подрыв господства религии и схоластически-умозрительного способа мышления) условий, необходим был определенный уровень развития самого знания. В общественной жизни стали формироваться новая мировоззренческая установка, новый образ мира и стиль мышления "вещно-натуралистической" концепции Космоса с ее ориентацией на механистичность и количественные методы. Галилей писал: "Никогда я не стану от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величина, фигуры, количество движения, что если бы мы устранили уши, языки, носы, то остались бы только фигуры, число и движение" [1]. В этой связи известно изречение Галилея о том, что "книга Вселенной написана на языке математики".

Галилей впервые ввел в познание то, что стало характерной особенностью именно научного познания - мысленный эксперимент, опирающийся на строгое количественно-математическое описание. Галилей "вдолбил" в сознание своего времени (опутанное схоластическими догмами) мысль о том, что наука без мысленного конструирования, без идеализаций, без абстракций, без "обобщающих резолюций", опирающихся на факты, - это все, что угодно, но только не наука.

Наиболее крупными представителями философии и науки XVI-XVII вв. были Дж. Бруно, Н. Коперник, Г. Галилей, И. Ньютон, Ф. Бэкон, Р. Декарт, Д. Локк, Г. Лейбниц и др., которые, как правило, были и выдающимися философами, и крупными естествоиспытателями, и математиками, соединяя эти "ипостаси" в одном лице.

Механистическая картина мира сложилась при переходе от эпохи Возрождения к эпохе Нового времени. Примерно с сороковых годов

XVI столетия до сороковых годов XVII столетия происходил сложный революционный процесс замены средневекового мировоззрения и науки новым мировоззрением и новой, базирующейся на опыте и практике наукой. Была проделана большая работа по обоснованию и укреплению гелиоцентрической системы мира (Н. Коперник, Дж. Бруно, И. Кеплер,

Г. Галилей), критике перипатетической методологии и науки, выработке методологических основ новой науки (Ф. Бэкон, Г. Галилей, Р. Декарт). Успехи экспериментального и математического метода обозначились, прежде всего, в механике. Становление механистической картины мира связано с научной деятельностью Г. Галилея, И. Кеплера, Х. Гюйгенса. Основополагающая роль в формировании классической механики, основных ее законов и принципов принадлежит И. Ньютону[3].

Важнейшую роль в построении механической картины мира сыграли такие вопросы, как принцип материального единства мира, исключавший деление мира на земной и небесный, характерное для европейского Средневековья, принцип причинности и законосообразности природных процессов. Развитие экспериментального естествознания приводит к появлению принципа экспериментального обоснования знания, отказу от созерцательности установке на соединение экспериментального исследования природы с описанием ее законов на языке математики, наиболее полно данный принцип выражен в трудах Г. Галилея.

Общие онтологические положения нашли свое отражение в принципах более частного порядка. Так, принцип единства мира оказался тесно связанным с концепцией абсолютного пространства и времени и их однородности[4].

В основе механистической картины мира лежат следующие положения: мир состоит из неделимых корпускул (корпускулярная теория строения материи); взаимодействие корпускул осуществляется как мгновенная передача сил по прямой (принцип дальнодействия); тела, образованные из корпускул, перемещаются в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени; все механические процессы подчиняются принципу строгого (жесткого) детерминизма[5], сущность которого заключается в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

Для механистической картины мира в целом и для классической механики, лежащей в ее основе, характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в его обратимости. На основе механистической картины мира в XVIII – начале XIX в. были разработаны земная, небесная и молекулярная механика. Механистическое представление о мире рассматривалось в указанный период в качестве универсального, в результате чего многие ученые пытались свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая позиция получила название «механистический материализм» (механицизм). Дальнейшее развитие физики показало несостоятельность методологии механицизма. Особо отчетливо это обнаружилось при попытках описания при помощи законов механики тепловых, электрических и магнитных явлений. Механическая картина мира господствовала в науке до появления в последней четверти XIX в. электродинамики.

В XIX в. к числу основных свойств, описывающих тела, наряду с массой, стали добавлять такую характеристику, как электрический заряд. Английский физик М. Фарадей опытным путем показал прямую динамическую связь между электричеством и магнетизмом. Объединив электричество и магнетизм, М. Фарадей ввел в науку понятие «электромагнитное поле». Немаловажную роль при этом сыграла философская убежденность ученого в единстве материи и силы. Его экспериментальные исследования подтвердили, что электричество и магнетизм передаются в пространстве не мгновенно по прямой, а по линиям различной конфигурации от точки к точке (принцип близкодействия). По мнению Фарадея, силы не могут существовать в отрыве от материи, поэтому линии сил необходимо связать с материей и рассматривать ее как особую субстанцию. Это убеждение легло в основу концепции поля.

На основе опытов М.Фарадея английский физик Д. Максвелл[6] создает теорию единого электромагнитного поля. Эта теория представляет собой обобщение всех эмпирических зависимостей, установленных Эрстедом, Фарадеем и другими учеными при исследовании электрических и магнитных явлений. В соответствии с электромагнитной теорией мир представляет единую электродинамическую систему, построенную из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля. Важнейшими понятиями этой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля – сила, которая действует на тело, несущее единичный заряд, если оно находится в рассматриваемой точке.

А. Эйнштейн сравнивает имена Г. Галилео и И. Ньютона в механике с именами Фарадея и Максвелла в науке об электричестве. Действительно аналогия здесь вполне уместна. Галилей положил начало механике, Ньютон ее завершил. Оба они отправлялись от системы Н. Коперника, ища ее физическое обоснование, которое, в конце концов, и было найдено Ньютоном. М. Фарадей по-новому подошел к изучению электричества и магнитных явлений, указав на роль среды и введя концепцию поля, описываемого им с помощью силовых линий. Максвелл придал идеям математическую завершенность, ввел точный термин «электромагнитное поле», которого еще не было у Фарадея, сформулировал математические законы этого поля. Галилей и Ньютон заложили основы механистической картины мира, Фарадей и Максвелл основы электромагнитной картины мира.

Новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, выдвинутые в рамках электродинамики, во многом изменили господствовавшую механистическую картину мира. Электромагнитная картина мира базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Однако дальнейшее ее развитие показало, что она имеет относительный характер. Поэтому на смену ей пришла новая квантово-полевая картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира[7].

Формированию квантово-полевой картины мира предшествовало становление релятивистской картины мира, основанной на общей и специальной теории относительности.

Появление релятивистской картины мира тесно связано с отрицательным опытом Майкельсона–Морли по обнаружению эфира. Вплоть до конца XIX в. эфир трактовался как непрерывная механическая среда, заполняющая все пространство. Возмущения этой среды рассматривались как электромагнитное поле. С эфиром ассоциировалось понятие выделенной системы отсчета, тесно связанной с ньютоновским понятием абсолютного пространства.

Опыт Майкельсона–Морли не подтвердил концепцию эфира, что привело к появлению и утверждению теории относительности, в рамках которой формируются представления о пространстве и времени как о едином четырехмерном пространственно-временном континууме. В специальной теории относительности конкретные свойства пространства и времени (наблюдаемые расстояния и промежутки времени) зависят от выбора инерциальной системы отсчета, а в общей теории относительности – и от распределения масс вещества. Подробно с теорией относительности А. Эйнштейна вы можете ознакомиться в соответствующих разделах литературы, указанной в конце данного раздела, а также в книге П.С. Кудрявцева «Курс истории физики»[8].

Основные результаты специальной теории относительности следующие:

– всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за систе­мы отсчета, связанные

с определенной системой координат;

– пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом ибо только совместно они определяют положение движу­щегося тела. Именно поэтому время в теории относитель­ности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

– специальная теория относительности показала, что ковариантность, или одинаковость формы, законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея исполь­зуются преобразования Лоренца;

– при обобщении принципа относительности и распростра­нении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике[9].

Общая теория относительности отказывается от такого ограниче­ния, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу – все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс. Основные функции практики в процессе научного познания:

1. Практика является источником познания потому, что все знания вызваны к жизни главным образом ее потребностями.

2. 2. Практика выступает как основа научного познания, его движущая сила.

3. Практика является опосредованно целью научного познания, ибо оно осуществляется не ради простого любопытства, а для того, чтобы направлять и соответствующим образом, в той или иной мере, регулировать деятельность людей. Научные знания (как и все другие его формы) возвращаются в конечном итоге обратно в практику и оказывают активное влияние на ее развитие.

4. Практика представляет собой решающий критерий истины научного знания. Проверка знания "на истину" практикой (в той или иной ее форме) не есть какой-то одноразовый акт, или "зеркальное сличение", она есть процесс, т.е. носит исторический, диалектический характер.

Понятие "фальсификация" (лат. - ложный и делаю) обозначает процедуру, устанавливающую ложность гипотезы, теории или другого научного утверждения в результате их эмпирической проверки. Этот процесс описывается логической схемой "модус толленс": если А, то В; неверно В, следовательно, неверно и А.