Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественно-научная картина мира. Учебник
.pdf
111
будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором».
5. Концепция абсолютного пространства и времени:
пространство трехмерно, постоянно и не зависит от материи;
время не зависит ни от пространства, ни от материи, пространство и время никак не связаны с движением тел, они имеют абсолютный характер.
В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного,
или математического, пространства и времени. Такая картина
напоминает представления о мире древних атомистов, которые
считали, что атомы движутся в пустом пространстве. Подобно
этому в ньютоновской механике пространство оказывается простым вместилищем движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния.
6. Тенденция свести закономерности более высоких форм
движения материи к законам простейшей его формы — механическому движению.
7. Связь механицизма с принципом дальнодействия, согласно которому взаимодействие между телами происходит
мгновенно на любом расстоянии, т.е. действия и сигналы могут
передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.
В частности, предполагалось, что гравитационные силы,
или силы притяжения, действуют без какой-либо промежуточной среды, но сила их убывает с квадратом расстояния между
телами. Сам Ньютон, как мы видели, вопрос о природе этих сил
оставил решать будущим поколениям.
На основе механистической картины мира в XVIII —
начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Макромир и микромир подчинялись одним и тем
же механическим законам. Это привело к абсолютизации механистической картины мира. Она стала рассматриваться в качестве универсальной.
Все перечисленные и некоторые другие особенности
предопределили ограниченность механистической картины мира, которые преодолевались в ходе последующего развития
естествознания.
112
5.3. Электромагнитная картина мира
Формируется на основе начал электромагнетизма М. Фарадея (1791–1867), теории электромагнитного поля
Д. Максвелла (1831–1879), электронной теории Г. А. Лоренца
(1853–1928), постулатов теории относительности А. Эйнштейна
(1879–1955).
Характерные особенности.
1. Введение понятия поля. Полевая, континуальная (непрерывная) модель реальности: материя — единое непрерывное
поле с точечными силовыми центрами — электрическими зарядами и волновыми движениями в нем; мир — электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
2. Введение понятия вероятности.
3. Игнорирование дискретной, атомистической природы
вещества приводит максвелловскую электродинамику к целому
ряду противоречий, которые снимаются с созданием Г. Лоренцом электронной теории или микроскопической электродинамики. Последняя восстанавливает в своих правах дискретные
электрические заряды, но она сохраняет и поле как объективную
реальность.
4. Движение — распространение колебаний в поле, которые описываются законами электродинамики.
5. Принцип близкодействия — взаимодействия любого
характера передаются полем от точки к точке непрерывно и с
конечной скоростью.
6. Реляционная (относительная) концепция пространства и
времени: пространство и время связаны с процессами, происходящими в поле, т.е. они несамостоятельны и зависимы от материи.
Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею
относительности пространства и времени. Так появилась общая
теория относительности, ставшая последней крупной теорией,
созданной (1916 г.) в рамках электромагнитной картины мира.
5.4. Квантово-полевая (вероятностная) картина мира
Формируется на основе квантовой гипотезы М. Планка
(1858–1947), волновой механики Э. Шредингера (1887–1961),
113
квантовой механики В. Гейзенберга (1901–1976), квантовой теории атома Н. Бора (1885–1962) и т.д.
Характерные особенности.
1. Корпускулярно-волновой дуализм: материя обладает
корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.
2. Движение — частный случай физического взаимодействия.
3. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость
передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.
4. Картина физической реальности в квантовой механике
двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта; с другой стороны — условия наблюдения
(метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.
5. Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в
вероятностной форме, в виде статистических законов.
6. При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные.
Первые дают кинематическую картину движения, вторые — динамическую (причинную). Пространство-время и причин-
ность относительны и зависимы.
Фундаментальные положения квантовой теории: принцип
неопределенности и принцип дополнительности.
5.5. Принципиальные особенности
современной физической картины мира
Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных
открытых систем, развитие которых подчиняется некоторым
общим закономерностям. При этом он имеет свою долгую историю, которая в общих чертах известна современной науке.
114
В табл. 2 приведена хронология наиболее важных событий этой
истории [82, с. 290].
Подчеркнем, что современной науке известны не только
«даты», но во многом и сами механизмы эволюции Вселенной
от Большого взрыва до наших дней. Это — фантастический результат. Причем наиболее крупные прорывы к тайнам истории
Вселенной осуществлены во второй половине ХХ в.: предложена и обоснована концепция Большого взрыва, построена кварковая модель атома, установлены типы фундаментальных взаимодействий и построены первые теории их объединения и т.д. Мы
обращаем внимание в первую очередь на успехи физики и космологии потому, что именно эти фундаментальные науки формируют общие контуры научной картины мира.
Таблица 2
Хронология развития мира
20 млрд лет назад
Большой взрыв
3 минуты спустя
образование вещественной основы Вселенной
(фотоны, нейтрино и антинейтрино с примесью
ядер водорода, гелия и электронов)
через несколько
сотен тысяч лет
появление атомов (легких элементов)
19–17 млрд
лет назад
образование
разномасштабных структур (галактик)
15 млрд лет назад
появление звезд первого поколения, образование
атомов тяжелых элементов
5 млрд лет назад
рождение Солнца
4,6 млрд лет
назад
образование Земли
3,8 млрд лет
назад
зарождение жизни
450 млн лет назад
появление растений
150 млн лет назад
появление млекопитающих
2 млн лет назад
начало антропогенеза
Ведущими принципами построения и организации совре-
менной научной картины мира являются системность; гло-
115
бальный эволюционизм; самоорганизация; историчность.
Данные принципы построения научной картины мира в целом
соответствуют фундаментальным закономерностям существования и развития самой Природы.
Системность означает воспроизведение наукой того фак-
та, что наблюдаемая Вселенная предстает как наиболее крупная
из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности.
Система — упорядоченное множество взаимосвязанных
элементов. Иерархичное включение систем нижних уровней в
системы более высоких уровней связывает каждый элемент любой системы со всеми элементами всех возможных систем
(например: человек — биосфера — Земля — Солнечная система — Галактика — Метагалактика и т.д.).
Под «системой» обычно понимают некое упорядоченное
множество взаимосвязанных элементов. Эффект системности
обнаруживается в появлении у целостной системы новых
свойств, возникающих в результате взаимодействия элементов
(атомы водорода и кислорода, например, объединенные в молекулу воды, радикально меняют свои обычные свойства). Другой важной характеристикой системной организации является
иерархичность, субординация — последовательное включение
систем нижних уровней в системы все более высоких уровней.
Системный способ объединения элементов выражает их
принципиальное единство: благодаря иерархичному включению
систем разных уровней друг в друга любой элемент любой системы оказывается связан со всеми элементами всех возможных
систем.
Глобальный эволюционизм — это признание невозмож-
ности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее
масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной также свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть
историческое следствие глобального эволюционного процесса,
начатого Большим взрывом.
116
Эволюционизм — признание существования Природы и
всех структур мироздания только в рамках глобального эволюционного процесса, начатого в момент рождения Вселенной.
Только к концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели
универсальной эволюции, выявления общих законов природы,
связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты
Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец,
возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой
моделью является концепция глобального эволюционизма.
В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во
времени природное целое, а вся история Вселенной от Большого
взрыва до возникновения человечества рассматривается как
единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции
молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.
В концепции глобального эволюционизма подчеркивается
важнейшая закономерность — направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся
история Вселенной — от момента сингулярности до возникновения человека — предстает как единый процесс материальной
эволюции, самоорганизации, саморазвития материи.
Важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как результат отбора
наиболее эффективных формообразований, неэффективные же
инновации отбраковываются историческим процессом; качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать
в себя предшествующий опыт исторического развития материи.
Эта закономерность характерна не только для биологической
формы движения, но и для всей эволюции материи. Принцип
глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, а глубокого пони-
117
мания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.
Концепция Большого взрыва, указавшая на историческую
последовательность появления во Вселенной различных элементов, обусловила проникновение идеи эволюции в химию. Ведь в
первые мгновения жизни Вселенной в ней было так горячо, что
ни один из компонентов вещества (атомы, молекулы) не мог
существовать. Звезды первого поколения начинали жизнь с
ограниченным набором легких элементов, из которых в результате самопроизвольного синтеза и образовалось впоследствии
все разнообразие таблицы Менделеева. Так что в ней, возможно,
зафиксирована не только структурная упорядоченность химических элементов, но и реальная история их появления.
Идея эволюции праздновала успех и в других областях
естествознания — в геологии, например, окончательно утвердилась концепция дрейфа континентов; а такие науки, как экология, биогеохимия, антропология, были изначально «эволюционны». Поэтому современное естествознание вправе провозгласить лозунг: «Все существующее есть результат эволюции!».
Укорененность в нынешней научной картине мира представления о всеобщем характере эволюции является се главной
отличительной чертой.
В биологии концепция эволюции имеет давние устойчивые традиции. А вот физика и химия к таким идеям только привыкают. Облегчить этот процесс призвано междисциплинарное
научное направление (появившееся в 70-х гг.) — синергетика.
Она претендует на то, что способна описать движущие силы
эволюции любых объектов нашего мира. Синергетика — теория
самоорганизации.
Самоорганизация — это наблюдаемая способность мате-
рии к самоусложнению и созданию все более упорядоченных
структур в ходе эволюции, т.е. в процессе развития той или
иной организации мироздания (например: формирование живого организма; динамика популяции; биосфера; рыночная экономика и т.д.). Механизм перехода материальных систем в более
сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для
систем всех уровней.
118
Главный мировоззренческий сдвиг, произведенный синергетикой, можно выразить следующим образом:
• процессы разрушения и созидания, деградации и эволю-
ции во Вселенной по меньшей мере равноправны;
• процессы созидания (нарастания сложности и упорядо-
ченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
Эти принципиальные особенности современной естественно-научной картины мира и определяют в главном ее общий контур, а также сам способ организации разнообразного
научного знания в нечто целое и последовательное. Однако у
нее есть и еще одна особенность, отличающая ее от прежних
вариантов. Она заключается в признании историчности, а следовательно, принципиальной незавершенности настоящей, да
и любой другой научной картины мира. Та, которая есть сейчас,
порождена как предшествующей историей, так и специфическими социокультурными особенностями нашего времени.
Историчность — признание наличия у Природы и всех
структур мироздания истории их существования и развития, а
следовательно, принципиальной незавершенности настоящей,
да и любой другой научной картины мира.
Развитие общества, изменение его ценностных ориентации, осознание важности исследования уникальных природных систем, в которые составной частью включен и сам человек, меняет и стратегию научного поиска, и отношение человека
к миру. Но ведь развивается и Вселенная. Конечно, развитие
общества и Вселенной осуществляется в разных темпоритмах.
Но их взаимное наложение делает идею создания окончательной, завершенной, абсолютно истинной научной картины мира
практически неосуществимой.
119
6. АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
6.1. Цели и история астрофизики
Астрономия — наука о Вселенной, изучающая небесные
светила, их положения и движения на небесной сфере и в пространстве, их природу, происхождение, физические свойства и
химический состав, а также пути эволюции.
Астрономия возникла в доисторический период развития
человечества и главным образом служила для отсчетов достаточно длительных промежутков времени: суток, лунных месяцев, лет, а также для предсказания наступления сезонов.
В Древней Греции наука астрономия приравнивалась к искусству, и в мифологии того времени ей, как виду искусства, покровительствовала собственная муза — Урания.
История астрономии [32]
1. Около 360 г. до н.э. Геоцентрическая система мира
Аристотеля.
2. II век до н.э. Первая гелиоцентрическая система мира
(Аристарх Самосский).
3. 240 г. до н.э. Первое измерение размеров Земли
(Эратосфен).
4. II век до н.э. Гиппарх. Открытие прецессии, введение
звездных величин, звездный каталог.
5. II век н.э. «Альмагест» Птолемея, эпициклы.
6. 1543 г. Коперник: выход в свет «De revolutionibus
orbium coelestium» («Об обращениях кругов небесных»).
7. 1610 г. Галилей. Начало телескопической астрономии.
8. 1610–1620 гг. Кеплер. Законы движения планет.
9. 1687 г. Ньютон: выход в свет «Philosophiae naturalis
principia mathematica» («Математические начала натуральной
философии», «Математические основы естествознания»).
10. Конец XVIII в. Гершель. Зарождение звездной астро-
номии.
11. 1859 г. Кирхгоф. Открытие спектрального анализа.
12. 1916 г. Эйнштейн. Общая теория относительности.
13. 1918 г. Шепли. Галактоцентрическая революция.
120
14. 1920-е гг. Хаббл. Внегалактическая астрономия. Рас-
ширение Вселенной.
15. 1933 г. Янский. Космическое радиоизлучение.
16. 1939 г. Бете, Вейцзеккер. Источники энергии звезд.
17. 1950-е гг. Эволюция звезд.
18. 1960-е гг. Квазары, реликтовое излучение, пульсары.
19. 1970-е гг. Рентгеновская и гамма-астрономия.
20. 1980–1990 гг. Инфракрасная астрономия. Космическая
астрометрия.
21. 1995–1996 гг. Открытие планетных систем у близ-
ких звезд.
Исторически астрономия включала в себя астрометрию,
навигацию по звездам, наблюдательную астрономию, создание
календарей и даже астрологию. В наши дни профессиональная
астрономия часто рассматривается как синоним астрофизики.
Как наука астрономия практически лишена возможности
проведения экспериментов с объектами Вселенной, что несколько компенсируется возможностью наблюдать и исследовать огромное число примеров астрономических явлений.
В XX в. астрономия разделилась на две главные ветви: наблюдательную и теоретическую. Наблюдательная астрономия сфокусирована на получении данных из наблюдений небесных тел,
которые затем анализируются с помощью основных законов физики. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку
компьютерных, математических или аналитических моделей для
описания астрономических объектов и явлений. Эти две ветви
дополняют друг друга: теоретическая астрономия ищет объяснения результатам наблюдений, а наблюдательная астрономия
используется для подтверждения теоретических выводов и
гипотез.
Астрофизика — раздел астрономии, изучающий небес-
ные тела, их системы и пространство между ними на основе исследования происходящих во Вселенной физических процессов
и явлений. Астрофизика изучает небесные объекты любых масштабов, от космических пылинок до межгалактических структур и Вселенной в целом, а также все виды полей (гравитацион-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]