Глава 2. Эволюция дисциплинарного знания: классика. Неклассика. Постнеклассика. Начать правку

Рассмотрим причины возникновения и роста дерева частных дисциплин точного естествознания. Начало его формообразования связано в первую очередь с именем Исаака Ньютона, заложившего фундамент дисциплинарного знания науки Нового Времени, этажи которого мы и сегодня продолжаем надстраивать. Классическая наука рождалась из целостной натурфилософской картины мира, свойственной и Аристотелю, и ученым Возрождения. Неслучайно великий труд Ньютона все еще назывался «Начала натуральной философии», хотя уже нес новые методологические и мировоззренческие принципы, называемые сегодня научными. Для натурфилософии не были характерны ни идеи законов природы, ни нормы экспериментальной проверяемости гипотез или математической доказательности теорий. Все это обретает ценность лишь в XVII-XVIII благодаря вкладу Ф.Бэкона, Р.Декарта, Г.Галилея и И.Ньютона. Натурфилософские картины мира, претендуя на всеобщность, страдали повествовательностью и умозрительностью построений, при этом господствовал не причинно-следственный детерминизм описания явлений, но корреляционная причинность, которая присуща обыденному сознанию а астрологии (здесь следует помнить, что «вместе» не всегда значит «вследствие»).

§1. Классика – механика, термодинамика, электромагнетизм

Комплексы ощущений и первичная дисциплинарная дифференцировка. Научное дисциплинарное знание возникает, как проекция научного метода на определенную сферу предметной деятельности, первоначально в области естествознания. Первичное дисциплинарное членение общенаучного поля натурфилософских представлений происходит по основанию комплексов человеческих ощущений (Макс Планк), тех, данных нам жизнью преддисциплин эмпирического опыта, что знакомы каждому с раннего детства. Следует сразу оговориться: из 5 чувств точное естествознание (физика) не использовало два – обоняние и вкус: этот комплекс ощущений издревле является основой анализа, идентификации веществ и лежит в базисе химии, ставшей точной наукой довольно поздно.

В ньютоновских «началах» мы находим три фундаментальных раздела: механика, оптика, теплота. Основным, безусловно, является механика, использующая самый мощный комплекс ощущений: осязание, зрение, слух. Все они в различной степени позволяют ориентироваться в пространстве и воспринимать относительные перемещения тел (мышечное чувство, координация движений, направленное на источник звука и света, бинокулярное зрение, стерео слух и т.д.). Видимо, это эволюционно самое значимое качество в живом мире, для надежности развивавшееся по нескольким каналам восприятия. Кроме того, осязающие барорецепторы позволяют оценивать величину воздействия тела при контакте с ним, что позволяет нам апеллировать к интуиции силовых воздействий. В оптике также очевидна роль зрения, в том числе цветового; а в разделе теплота значима роль осязания, точнее терморецепторов, которые реагирует на поток тепла через них.

Ньютоновская тройка дисциплин есть база классической физики или физики макромира, т.е. мира доступного нашим органам чувств или приборам, усиливающим, утончающим наши комплексы ощущений. В этом мире справедлива интуиция здравого смысла, а точнее здоровых чувственных восприятий. Эта физика, видимо, будет существовать всегда, т.к. за редким исключением, хорошо объясняет доступную нам область явлений.

Отметим, что закон движения Аристотеля - «скорость движения тела пропорциональна приложенной силе» - тоже имеет право на существование в рамках чувственного опыта, но весьма в специфическом, хотя и распространенном контексте: тело долго движется в вязкой среде под действием постоянной силы. Поэтому можно предположить, что античная наука рождалась по тем же принципам, но на более узком круге явлений окружающего мира.

Дисциплинарный рост, культурная и технологическая экспансия. Ньютоновская классическая парадигма, несмотря на сопротивление многих авторитетных ученых, в течение века полностью завоевала континент, в том числе благодаря культурному резонансу в гуманитарной сфере. Ярким проповедником новой механики в светских салонах был Вольтер, существовало общество ньютонианских дам, возник феномен социального физикализма – метафорического переноса образов механических процессов в общественную сферу, стали популярны идеи социальной инженерии. Преподавание в университетах ньютоновской механики приняло повсеместный характер. Блистательная демонстрация познавательной мощи разума в сфере изучения природы была торжеством Века просвещения, и сегодня мы понимаем, что простейшие формы законов физики почти единственно возможны и отражают естественный способ мышления. Именно в этом кроется причина столь сильного влияния науки на культуру вообще.

Механика Ньютона (по сути механика материальных точек) очень скоро обрастает корпусом прикладных и теоретических разделов, происходит ее внутренняя дифференцировка по основанию различных формальных методов и технологических сфер приложения.

Возникают механика теоретическая (гамильтонова и лагранжева), небесная механика, механика абсолютного твердого тела, механика сплошных сред (гидро- и аэро-), механика машин и механизмов, строительная механика, сопротивление материалов и т.д. Все это поддерживало и стимулировало машинную технологическую революцию, основу развития мануфактурного производства раннего капитализма, и по сей день составляет львиную долю инженерных знаний.

Кратко законы динамики выглядят так:

или ; ; ΔЕ=А,

где – импульс, – сила, – момент импульса, – момент силы, E – энергия, А – работа. Эти законы справедливы как для материальной точки, так и для величин, характеризующих суммарные величины в системах. В последнем случае в правых частях стоят суммы по внешним для систем причинам. Если суммы внешних причин (правые части уравнений) равны 0, получаем законы сохранения импульса, момента импульса, энергии для замкнутых систем. Эти законы имеют фундаментальный смысл, так как являются следствиями однородности времени соответственно.

Наука о тепловых явлениях преодолевает представление о теплоте, как некой жидкости-теплороде (флогистоне), передаваемой от одного тела к другому. Она объединяет механическую работу и тепловую энергию единым законом сохранения – первым началом термодинамики.

ΔQ = ΔU + ΔA,

где Q – затраченное тепло, A – выполненная работа, U – рассеянная энергия. Это тут же позволяет описать взаимопревращения механической и тепловой энергии, заложив тем самым основы паровой технологической революции в промышленности и на транспорте. Тепловые машины-двигатели можно установить теперь где угодно, например, вблизи источников сырья, но поставлять топливо. Век водяных и ветряных двигателей проходит. Открытие второго и третьего законов термодинамики превращает науку о теплоте, называемую теперь термодинамикой, в одну из самых изящных и самодостаточных теорий. В замкнутых системах энтропия не убывает ΔS>0. Это означает, что замкнутые системы стремятся к наиболее беспорядочному состоянию, все их внутренние структуры исчезают.

Оптика также обнаруживает единство природы с кругом электромагнитных явлений, интенсивно изучаемых в XIX веке, и оказывается частным разделом электромагнетизма Максвелла.

Следует отметить, что для восприятия электромагнитного поля (за исключением световых частот) мы уже не имеем органов чувств, поэтому концепция электромагнитного поля наиболее сложна для понимания, и фактически - это окно в мир неклассической физики.

Уравнения Максвелла:

; ; ; ;

где – поток поля Е, – циркуляция поля Е, Q – заряд, I – ток. Теория электричества заложила третью технологическую революцию: электрическую энергию можно передавать по проводам от тепловых электростанций и затем преобразовывать вновь в механическую или тепловую энергию. Возникают новые информационные технологии: проволочный и беспроволочный телеграф, телефон, радио. Все это необыкновенно ускоряет средства коммуникации, создает на рубеже нашего века динамичную техногенную цивилизацию.

Рис.1 Треугольник классической научной парадигмы. Дисциплинарная дифференци-ровка натурфилосовских представлений по комплексам ощущений и развитие классической физики.

Итак, дисциплинарный треугольник классической физики, приведенный на рис.1, неплохо обслуживает многие инженерные дисциплины и объясняет наши чувственные образы внешнего мира, подкрепляя интуицию здравого смысла. При этом на протяжении всей истории классической науки основными будут образы механических процессов и объектов: частиц, волн в средах и телах, силовых полей. В теплоте сначала применяли гидродинамический образ жидкости-теплорода, затем корпускул-молекул. Свет считали то потоком частиц, отражающихся от поверхности зеркала по законам упругого удара (как мячики от стенки), то волной механических колебаний некой среды (эфира).

Словом, ньютоновская механика была истоком и идеалом классической науки, явно или неявно переводила на свой язык все другие разделы физики – так называемый механический редукционизм. Однако в нашем веке ситуация коренным образом изменилась.