Революция в естествознании конца xiх — начала XX вв. Становление идей и методов в неклассической науке

В XIX в. стало очевидным, что законы ньютоновской механики уже не могли играть роли универсальных законов природы. В эту эпоху совершаются революционные открытия в различных областях знания: в физике (открытие делимости атома, становление релятивистской и квантовой теории), в космологии (концепция нестационарной Вселенной), в химии (квантовая химия), в биологии (становление генетики).

В электромагнитной картине мира, сформированной в середине XIX в., были вскрыты противоречия в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX — начале XX вв. Это подтвердили научные открытия.

В 1895-1896 гг. были открыты рентгеновские лучи, радиоактивность (Беккерель), радий (Мари и Пьер Кюри) и др. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу — электрон и понял, что электроны являются составными частями атомов всех веществ. Он предложил первую (электромагнитную) модель атомов, но она просуществовала недолго.

Немецкий физик М. Планк в 1900 г. ввел квант действия (постоянная Планка) и исходя из идеи квантов вывел закон излучения, названный его именем. Было установлено, что испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями (квантами). Квантовая теория Планка вошла в противоречие с теорией электродинамики Д. Максвелла. Возникли два несовместимых представления о материи: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц. Названные открытия опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом первичном кирпичике мироздания.

В 1911 г. Э. Резерфорд на основании наблюдений прохождения a-лучей через вещество предложил свою знаменитую модель атома. Атом состоит из атомного ядра, положительно заряженного и содержащего почти всю массу атома, и электронов, которые движутся вокруг ядра, подобно тому, как планеты движутся вокруг Солнца. Химическая связь между атомами различных элементов объясняется взаимодействием между внешними электронами соседних атомов. Эта модель, правда, не могла объяснить одну из самых характерных черт атома, а именно его удивительную устойчивость.

Объяснение этой необычной устойчивости было дано в 1913 г. Н. Бором путем применения квантовой гипотезы Планка к модели атома Резерфорда. Если атом может изменять свою энергию только прерывно, то это должно означать, что атом существует лишь в дискретных стационарных состояниях, низшее из которых есть нормальное состояние атома. Поэтому после любого взаимодействия атом в конечном счете всегда возвращается в это нормальное состояние.

Бор предполагал, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Они излучают ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и наоборот. Будучи исправлением и дополнением модели Э. Резерфорда, модель Н. Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда—Бора.

Весьма ощутимый «подрыв» классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905 г.), а затем и общую (1916 г.) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что, в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. При этом четырехмерное пространство-время, в котором отсутствуют силы тяготения, подчиняется соотношениям неевклидовой геометрии.

Французский физик де Бройль в 1924 г. попытался распространить дуализм волнового и корпускулярного описания и на элементарные частицы материи, в частности на электроны. Он показал, что движению электрона может соответствовать некоторая волна материи, так же как движению светового кванта соответствует световая волна. Конечно, в то время не было ясно, что означает в этой связи слово соответствовать. Де Бройль предложил объяснить условия квантовой теории Бора с помощью представления о волнах материи. Волна, движущаяся вокруг ядра атома, по геометрическим соображениям может быть только стационарной волной; длина орбиты должна быть кратной целому числу длин волн. Тем самым де Бройль предложил перекинуть мост от квантовых условий, которые оставались чуждым элементом в механике электронов, к дуализму волн и частиц. Вскоре, уже в 1925-1930 гг., эта гипотеза была подтверждена экспериментально в работах Э. Шредингера, В. Гейзенберга, М. Борна и других физиков.

Один из создателей квантовой механики немецкий физик В. Гейзенберг сформулировал соотношение неопределенностей (1927 г.). Этот принцип устанавливает невозможность (вследствие противоречивой, корпускулярно-волновой природы микрообъектов) одновременного точного определения их координаты и импульса (количества движения). Принцип неопределенности стал одним из фундаментальных принципов квантовой механики. В философско-методологическом отношении данный принцип есть объективная характеристика статистических (а не динамических) закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой. Принцип неопределенностей не отменяет причинность (она никуда не исчезает), а выражает ее в специфической форме — в форме статистических закономерностей и вероятностных зависимостей.

Все вышеназванные научные открытия кардинально изменили представление о мире и его законах, показали ограниченность классической механики. Последняя, разумеется, не исчезла, но обрела четкую сферу применения своих принципов — для характеристики медленных движений и больших масс объектов мира.

В процессе перечисленных научных открытий сформировалась неклассическая наука. В отличие от претензий на абсолютную истинность теории классической механики, в неклассическом естествознании сформировались представления об относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. Научное знание стало пониматься как относительноистинное, существующее во множестве теорий, содержащее элементы объективноистинного знания.

Результат познавательной деятельности в неклассической науке стал зависеть от средств и условий исследования объекта. Возникает деятельностный подход экспериментального исследования, когда специфика приборов, условий и исследователя влияет на проводимый эксперимент. Идеалом научного познания действительности в XVIII-XIX вв. было полное устранение познающего субъекта из научной картины мира, изображение мира самого по себе. Для естествознания XX в. характерна неотрывность субъекта, исследователя от объекта, зависимость знания от методов и средств его получения. Картина исследуемого мира определяется не только свойствами самого мира, но и характеристиками субъекта познания, его концептуальными, методологическими и иными элементами, его активностью. Особенно это касается физики. Картина реальности в физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса ее познания. Появляется принцип относительности к средствам наблюдения и условиям исследования.

Осознание границ естественно-научного познания привело к возрастанию роли философии в развитии естествознания и других наук. Это обстоятельство отмечали многие физики, в т.ч. В. Гейзенберг, М. Борн, А. Эйнштейн. В. Гейзенберг особо подчеркивал связь философии и современной физики в книге «Физика и философия. Часть и целое». В. Гейзенберг отмечал, что тупики теории элементарных частиц «обусловлены подчеркнутым нежеланием многих исследователей вдаваться в философию, тогда как в действительности эти люди бессознательно исходят из дурной философии и под влиянием ее предрассудков запутываются в неразумной постановке вопроса»².

Радикально изменились философские основания науки. Развитие квантово-релятивистской физики, биологии и кибернетики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, вещи, процесса, состояния и др. В процессе исследования объект рассматривается в неклассической науке как сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идеи несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Классический механический детерминизм, абсолютно исключающий элемент случайности из картины мира, сменился вероятностным детерминизмом. Возникает понятие «вероятностная причинность», которое расширяет смысл традиционного понимания данной категории.