Курс по концепции современного естествознания

Научные революцииXVI–XVII вв.

17Становление классического естествознания

Появление собственно науки происходит в Древней Греции в VII–VI вв. до н. э. Именно в знаниях, на-

копленных греками, проявляются те характеристики, которые позволяют говорить о греческом знании о природекаконауке: деятельностьпоцеленаправленномуполучению новыхзнаний, наличие специальных людей и организацийдля этого, атакже наличие соответствующих материалов и технологий по получению этого знания.

Цель греческой науки— постижение истины из чистого интереса к самой истине. Эта наука системна

ирациональна. Именно в Греции возникают такие

формыпознавательнойдеятельности, как системати-

ческое доказательство, рациональное обоснование, логическая дедукция, идеализация и др., из которых

иразвилась наука. В это же время Пифагор Самосский (ок. 580–500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны и других планет.

Именно Пифагор основал, а Платон (428–348 гг.

до н. э.) позже развил так называемую математическуюмодельмира, в основе которойлежали следую-

щие основные принципы:

1)мир — это упорядоченный Космос, чей порядок сродни порядкувнутри человеческого разума, следовательно, возможен рациональный анализ эмпирического мира;

2)упорядоченность Космоса является следствием существования некоего всепроникающегоразума, наделившего природу назначением и целью;

3)умозрительноевосприятие обнаруживаетза ви-

димым миром некий вневременной порядок;

4)познание сущности мира требует от человека сознательного развития его познавательных способностей— разума, интуиции, опыта, памяти, нравственности.

Второй наиболее значимой для последующего развития науки вообще и естествознания в частности умозрительноймодельюмирасталаатомистическая модель мира древнегреческого философа Левкиппа

(ок. 500–440 гг. до н. э.), развитая впоследствии его учеником Демокритом (ок. 460–370 гг. до н. э.) из Абдер, основанная на идее дискретного строения мира— учение атомизма:

1)в основе всего сущего— неделимые частицы атомы (слово «атом» в переводе с греч. означает «неделимое») и пустота;

2)более глубоких причин, принадлежащих иной реальности, недоступной обычному восприятию, в основе мира нет;

3)познание мира идет путем сочетания чувственного опыта и его рационального преобразования. Третьей значимой для становления мировой европейской науки моделью мира, пришедшей к нам из античности— модельдревнегреческого философа и мыслителя Аристотеля. В его «Метафизике» воссоз-

даетсямиркакцелостное, естественновозникшееобразование, имеющее причины в себе самом. Заслуга Аристотеля и в написании знаменитого «Органона», трактата по логике, поставившего науку на прочный фундаментлогически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата.

Революция в естествознании

18концаХIХ– началаХХвв.

ВконцеХIХ–началеХХвв. вестествознаниибыли сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили представления о существующей на тот момент картине мира. Прежде всего это были открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии.

Если раньше последними неделимыми частицами материи, из которыхсостоитприрода, считалисьатомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Электрон открыл

в1895 г. английский физик Д. Томсон (1856–1940)

Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

В30-е гг. ХХ в. было сделано другое важное от-

крытие, которое показало, что элементарные частицы, например, электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля— свойства корпускул. Это явле-

ние получило название дуализма волны и частицы. Ещеболеерадикальныеизменениявученииопро-

странстве и времени произошли в связи ссозданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения. Эта теория впервые ясно и четко установила связьмеждусвойствами движущихся тел и их пространственно-временной метрикой. А. Эйнштейн (1879–1955), выдающийся американский ученый, физик-теоретик, сформули-

ровал некоторые основные свойства пространства и времени, исходя из своейтеории:

1)их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире (если такие есть);

2)их абсолютность — они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования;

3)неразрывную связьдругсдругом и сдвижущейся материей;

4)единство прерывности и непрерывности в их структуре— наличие отдельныхтел, фиксированныхв пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов»

всамом пространстве;

5)количественнуюикачественнуюбесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи— невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

Говоря ореволюцияхвестествознании (а ихвсегда как минимум выделяют три: аристотелевскую, ньютоновскуюиэйнштейновскую), следуетотказатьсяот наивных и предвзятых представлений о них как процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказомотпреемственностивразвитиинаукиипрежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала, а признать и принять весьма актуальный в связи с существующей проблемой «радикальных прорывов» в науке принцип соответствия Н. Бора, который гласит, что ни одна новая теория не

отрицает начисто предыдущую, а вбирает ее в себя на правах частного случая.

Луиджи Гальвани (1737–1798) — выдающийся ученый, занимался анатомией и физиологией. Гальвани— один из основателей учения об электричестве. Также известентем, что он первый обратил внимание на то, что электрические явления возникаютпри мы-

шечном сокращении (этот эффект, а точнее явление, было названо «животным электричеством»).

Л. Гальвани родился 9 сентября 1737 г. в Италии, в городе Болонье. Он не планировал заниматься науками, а искал уединения и хотел беседовать в своих молитвах с Творцом, Богом. Поэтому Гальвани снача-

лаготовилсяпостричьсявмонахи, ноуйтижитьвмо-

настырьунего не получилось. Скорее всего, Гальвани понял, что аскетический образ жизни не для него, и мировая история приобрела еще одного выдающегося ученого.

Гальвани поступил в местный университет, после окончаниякоторогов1759 г. началготовитьсвоюнаучную диссертацию. На свою научную работуЛ. Гальванитратитцелые годы. В 1762 г. Гальвани с успехом защищает свою диссертацию, которая была названа «О костях». Успех Гальвани был настолько огромен,

что он сразуже занимаетпостглавы кафедры анато-

мииуниверситета, который он сравнительно недавно окончил. Таким образом, была по достоинствуоценена работа молодого ученого.

Параллельно с научной работой Л. Гальвани зани-

маетсяипрактикой: хирургиейиакушерством. Через

12 лет, в 1774 г., Гальвани, проводя опыт над лягуш-

кой, открывает «животное электричество». Л. Гальва-

ни заинтересовался этим явлением как физиолог. Его заинтересоваласпособностьмертвогопрепаратапро-

являтьсебякакживойматериал. Онменялположение металлического провода втелелягушки, менял источники тока и множество других параметров.

ЭтимиопытамифизиологаЛ. Гальванизаинтересовалсядругой известный ученый— физик Алессандро Вольта. Вольта высказал предположение, что электричество заключается в тех двух пластинах разных металлов, которые использовал Гальвани. И электричество возникает при соединении этих пластин проводником. Таким образом, физик А. Вольта стал оппонентомвнаучномспоре физиологаЛ. Гальвани.

В этом величайшем споре междуВольта и Гальвани А. Вольта настаивал на том, что источник электричества — это металлы, а другой настаивал на том, что источник тока — это животные. Оба ученых проводили эксперименты в подтверждение своейтеории.

Л. Гальвани, как ему казалось, нашел неопровержимые доказательства своей точки зрения, которая состоит из двух элементов:

1)доказал, что электричество возникаети без участия металлов;

2)сняв кожный покров с нерва лапки лягушки, Л. Гальвани поднес его к мышцам. Мышца начала сокращаться.

А. Вольта, однако, не успокоился и не отступился. Он тоже привел весьма и весьма убедительные доказательства в пользу своей точки зрения.

ХотяиГальвани, иВольтасчитали, чтовспореправ только один из них, по прошествии продолжительногопериодавременисталоясно, что обеточкизрения имеютправо на существование.

20 Теория ЧарльзаДарвина

ВеликийангличанинЧарльзДарвинизвестенсвоей теорией естественного отбора. Даннуютеорию приняли ученые-естествоиспытатели.

В далекие античные времена ученые считали, что все ныне живущие организмы произошли из неодушевленной материи.

Затем, когда христианство получило широкое распространение, утверждалось, что все живые организмы были созданы Богом, а человек создан по Его образу и подобию. На сегодня сторонников божественной теории в мире существует немало.

С появлением эволюционной теории тот пробел,

который раньше заполняла собой вера в Создателя, могбытьзаполнен научными объяснениями. Это не предвещало Церкви ничего хорошего, так как она начала утрачивать свое влияние.

До Чарльза Дарвина свою теорию эволюции создал Ж. Б. Ламарк. Ламарк разработал свою теорию

вXIX в.; он первый подметил, что живые организмы

впроцессе исторического развитияусложняются. Он объяснял это тем, что животные постоянно «упражняются», получаютновые знания, атакже новый опыт. А потом они передают все это по наследству своим потомкам, которые, в свою очередь, приобретают новые знания и новый опыт и тоже передают их новым поколениям.

Существенным недостатком теории Ж.-Б. Ламарка было то, что он не пытался объяснить причины эволюции, ее движущую силу.

Наука не стояла на месте. В 1831 г. Т. Шванн раз-

работалклеточнуютеорию, вкоторойдоказалприн-

ципиальное единство живого мира.

Теперь мы можем сказать, что Чарльз Дарвин, когда приступил к разработке своей теории, имел достаточнуюнаучнуюбазу. Всвоейкниге, котораябыла раскуплена в первый же день продажи (тогда она уступала по популярности только Библии), Ч. Дарвин говорит, что материалом для естественного отбора является особь.

Дарвин назвал три вида борьбы:

1)внутривидовая борьба;

2)межвидовая борьба;

3)борьба с неживой природой.

Внутривидовая борьба. Такую борьбуДарвин считал наиболее напряженной. Здесь идет борьба между особями одного вида, которые живут в одинаковых условиях, имеют равные пищевые потребности. Поэтому естественно, что здесь выживают наиболее сильные, наиболее приспособленные особи.

Межвидоваяборьба. Это борьба сдругими видами живыхорганизмов, в том числе с хищниками и паразитами. В результате такой борьбы наиболее слабые виды живых организмов умирают.

Борьба с неживой природой. Это борьба «на вы-

живание». Природа бывает не всегда благосклонна к животным, и время от времени случаются засухи (а следовательно— голод), наводнения, сильные морозы и т.п.

На пути построения

21единойтеории поля

В1918 г. Эмми Нетером было доказано, что если некоторая система инвариантна относительно некоторогоглобальногопреобразования, тодлянеесуществует определенная сохраняющая величина. Из это-

го следует, что закон сохранения (энергии) является следствием симметрий, существующих в реальном пространстве-времени.

Симметриякакфилософскоепонятиеозначаетпроцесс существования и становления тождественных моментов между различными и противоположными состояниями явлений мира. Это означает, что, изучая симметрию каких-либо систем, необходимо рассматриватьихповедениеприразличныхпреобразованиях и выделять во всей совокупности преобразований такие, которые оставляют неизменными, инвариантными некоторые функции, соответствующие рассматриваемым системам.

Всовременной физике употребляется понятие ка-

либровочной симметрии. Под калибровкой желез-

нодорожники понимают переход с узкой колеи на широкую. Вфизикеподкалибровкойпервоначально понималосьтакже изменение уровня или масштаба.

Вспециальной теории относительности законы физики не изменяются относительно переноса или сдвига при калибровке расстояния. В калибровочной симметрии требование инвариантности порождает определенныйконкретныйвидвзаимодействия. Сле-

довательно, калибровочная инвариантность позво-

ляет ответить на вопрос: почему и зачем в природе существуюттакого рода взаимодействия.

Внастоящее время в физике определено существование четырех типов физических взаимодей-

ствий: гравитационного, сильного, электромагнитногоислабого. Всеониимеюткалибровочнуюприроду и описываются калибровочными симметриями, являющимися различными представлениями групп Ли. Это позволяет предположить существование пер-

вичного суперсимметричного поля, в котором еще нет различия междутипами взаимодействий. Различия, типы взаимодействий являются результатом самопроизвольного, спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума. Эволюция Вселенной

предстаеттогда как синергетическийсамоорганизую-

щийся процесс: в процессе расширения из вакуумногосуперсимметричногосостоянияВселеннаяразогрелась до «большого взрыва». Дальнейший ход ее истории пролегал через критические точки — точки бифуркации, в которых происходили спонтанные нарушения симметрии исходного вакуума. Утверждение самоорганизации систем через самопроизвольное нарушение исходного типа симметрии в точках бифуркации и естьпринцип синергии.

Выбор направленности самоорганизации в точках бифуркации, т.е. вточкахсамопроизвольногонарушения исходной симметрии, не случаен. Он определен как бы присутствующим уже на уровне суперсимметрии вакуума «проектом» человека, т.е. «проектом» существа, спрашивающего о том, почему мир таков. Это антропный принцип, который в физике сформулировал в 1962 г. Д. Дике.