2. История естествознания

2.1. Античный период: от мифа к Логосу

Естествознание возникло уже в древнейших цивилизациях Египта, Ближнего Востока, Индии, Китая, но мы рассмотрим его развитие лишь в странах, где сформировались основы европейской культуры, в первую очередь – в Древней Греции и в Древнем Риме, в период примерно от 8-го века до н.э. до 5-го века н.э.

Социально-экономический фон:

- развитие производства (металлургия, строительство, изготовление тканей, бытовых изделий и т.п.), транспорта (мореплавание);

- развитие рабовладельческого строя привело к формированию элиты, имеющей возможности для занятий наукой;

- расцвет культуры, поощрение творческой деятельности, распространенность публичных дискуссий;

- наличие совершенной системы письменности;

- использование опыта древнейших цивилизаций.

Предшественниками науки, первой попыткой осознать окружающий мир, объяснить его возникновение и причины природных явлений были мифы. Мифы (от гр. μυθοσ – предание) – ранняя форма общественного сознания, повествования о деяниях богов и героев, о происхождении мира и его развитии.

Так, например, описывает происхождение мира древнегреческий поэт Гесиод в поэме «Теогония» («Происхождение богов»).

«Вначале существовал лишь вечный, безграничный, темный Хаос. В нем заключался источник жизни. Все возникло из безграничного Хаоса – весь мир и бессмертные боги. Из Хаоса произошла и богиня Земля – Гея. Широко раскинулась она, могучая, дающая жизнь всему, что живет и растет на ней. Далеко же под Землей, так далеко, как далеко от нас необъятное светлое небо, в неизмеримой глубине родился мрачный Тартар – ужасная бездна, полная вечной тьмы. Из Хаоса родилась и могучая сила, все оживляющая Любовь – Эрос. Безграничный Хаос породил вечный мрак – Эреб и темную ночь – Нюкту. А от Ночи и Мрака произошли вечный Свет – Эфир и радостный, светлый День – Гемера. Свет разлился по небу, и стали сменять друг друга ночь и день.

Могучая благодатная Земля породило беспредельное голубое Небо – Урана, и раскинулось Небо над Землей. Гордо поднялись к нему высокие Горы, рожденные Землей, и широко раскинулось вечно шумящее Море. Уран – Небо воцарился в мире. Он взял себе в жены благодатную Землю. Шесть сыновей и шесть дочерей – могучих, грозных титанов – было у Урана и Геи. Их сын, титан Океан, обтекающий всю Землю, и богиня Фетида породили на свет все реки, которые катят свои волны к морю, и морских богинь – океанид. Титан же Гипперион и Тейя дали миру детей: Солнце – Гелиоса, Луну – Селену и румяную Зарю – Эос (Аврору). От Астрея и Эос произошли звезды, которые горят на темном ночном небе, и ветры: бурный северный ветер Борей, восточный Эвр, влажный южный Нот и западный ласковый ветер Зефир, несущий обильные дождем тучи».

Отличительная черта мифа – очеловечивание природы, перенос отношений между людьми на отношения в природе. Мифология тесно связана с религиозно-мистическим отношением к действительности.

При всей наивности мифов в них просматривается одна из ведущих идей современного естествознания – идея о развитии мира от Хаоса к Космосу. Хаос в понимании древних – неупорядоченное, бесструктурное, аморфное, «темное» и не развивающееся состояние. Космос – организованный, упорядоченный, подчиняющийся законам, развивающийся мир. В мифах предугадана идея о саморазвитии природы из неупорядоченного состояния к все более сложно организованному. Более того, в некоторых мифах говорится, что Космос периодически превращается в Хаос и вновь возникает из него.

Основное содержание античного периода – переход от мифологического описания мира к Логосу (от гр. λογος – слово, смысл, понятие), то есть к познанию, основанному на выяснении с помощью разума и опыта естественных законов природы, к познанию, оперирующему понятиями, выраженными в словах-терминах. В античности возникли два основных направления (две партии) философии – материализм и идеализм, начался процесс разделения единого познания на различные науки. Мыслители Древней Греции, как правило, еще не были специалистами в определенной области, а охватывали в своих учениях широкий круг философских, религиозных, естественнонаучных, социально-политических проблем. Еще не отделившуюся от философии часть знаний, из которой потом сформировались естественные науки, в древности и вплоть до Нового времени называли натуральной философией (натурфилософией).

Возникновение европейской науки связывают с деятельностью милетской школы (Милет – древнегр. город-полис в Малой Азии – современной Турции). Основоположник этой школы – Фалес из Милета (ок. 625 г. – ок. 547 г. до н.э.) – «первый европейский ученый», один из легендарных «семи мудрецов»; ему приписывают знаменитое высказывание: «Познай себя самого». Ему принадлежит идея о возможности и необходимости математических доказательств и доказательство ряда утверждений: «диаметр делит круг пополам», «в равнобедренном треугольнике углы при основании равны» и др.; он – первый математик и астроном Древней Греции.

Заслуга милетской школы – постановка вопроса об единой природе разнообразных вещей, о субстанции мира, то есть его материальной первооснове, едином начале. Фалес считал таким началом воду, другой представитель милетской школы – Анаксимен – воздух, Анаксимандр – особую вечную и бесконечную субстанцию – апейрон.

В Милете впервые были описаны электрические и магнитные явления: способность натертого янтаря притягивать легкие тела, магнита – железо.

Гераклит из Эфеса (ок. 520 г. – ок. 460 г. до н.э., территория современной Турции) ввел понятие «Логос» как обозначение вечной мудрости, отражающей действительное положение вещей. «Логос» доступен всем, но не всеми воспринимается. Основное в учении Гераклита – идея развития - безостановочной изменчивости вещей, их текучести, по существу – идея вечного движения. Ничто не повторяется, все находится в становлении. Мир никем не создан, но есть «вечно живой огонь, мерно загорающийся и мерно потухающий». Традиция приписывает Гераклиту фразу: «В одну и ту же реку не вступишь дважды». Ему же принадлежат идеи о единстве Вселенной и решающей роли закономерности в природе.

Затем центр научной мысли перемещается из восточного Средиземноморья в греческие колонии на юге Италии и в Сицилии.

С конца 6-го до середины 4-го века до н.э. значительное влияние имел Пифагорейский союз (г. Кротон, Южная Италия) – научно-философское и религиозно-политическое общество. Его создатель – Пифагор (вторая половина 6-го в. – начало 5-го в. до н.э.) – личность полулегендарная. Он учился в Египте и в Вавилоне, возможно – в Индии, там познакомился с математикой, астрономией, религиозными учениями Древнего Востока.

Основное мировоззренческое положение пифагорейцев – «Мир есть число», то есть мир («Космос») гармоничен, упорядочен, все в нем взаимосвязано и пропорционально, и для постижения гармонии мира нужно выявить и проанализировать числовые, количественные соотношения различных природных объектов. Внедрение математических методов в познание природы – великая заслуга пифагорейцев.

К достижениям пифагорейцев относятся:

- строгое доказательство положений математики Древнего Востока, в том числе «теоремы Пифагора»;

- разработка теории чисел;

- создание математической теории музыки;

- гипотеза о шарообразности Земли и гелиоцентрической модели Солнечной системы.

Пифагорейский союз был построен как замкнутое тайное общество единомышленников (лозунг – «У друзей все общее»), но с жесткой иерархией, строгим уставом и ритуалами.

Во времена Пифагора под числами понимались только рациональные числа, то есть числа, представимые в виде отношения двух натуральных чисел (, где – рациональное число,- натуральные числа). Серьезный кризис в Пифагорейском союзе вызвало обнаружение того, что диагональ единичного квадрата, то есть число, не является рациональным. Верхи Союза даже пытались утаить это открытие, как подрывающее основную идею о гармоничности, пропорциональности всего сущего, соизмеримости его частей. Постепенное осознание реальности существования иррациональных чисел произошло гораздо позднее (в эпоху Возрождения) и расширило понятие числа.

Важнейшие проблемы мировоззрения поставили мыслители элейской школы (конец 4-го в. – 5-й в. до н.э., г. Элея на юге Италии). Главные представители этой школы – Парменид и Зенон.

Элеаты полагали, что видение мира, которое дают нам органы чувств, может быть ложным, неистинным – это не более чем «мир мнений». Правильное представление о действительности дает лишь разум, мышление; они позволяют постичь «мир истины». Между «миром мнений» и «миром истины» – глубокие и непримиримые противоречия.

Для иллюстрации тезиса о ложности чувственного восприятия мира Зенон привел ряд знаменитых парадоксов, «апорий» (от древнегр. α – отрицание и πορος – выход).

Апория «О множественности вещей» должна была опровергнуть представление о том, что любая вещь состоит из множества частей: «Если вещь можно разделить на части, то же самое можно сделать с каждой из ее частей и так далее до бесконечности. Тогда либо исходная вещь бесконечна, если составляющие ее вещи конечны, либо не имеет размеров, если составляющие вещи размеров не имеют».

Апории «Ахилл» и «Стрела» призваны показать, что механическое движение при логическом анализе предстает как внутренне противоречивое и, следовательно, невозможное.

«Ахилл»: «Быстроногий Ахилл не догонит ползущую черепаху, так как за время, пока он добежит до места, где черепаха находилась ранее, она успеет отползти на новое расстояние, и так до бесконечности».

«Стрела»: «В каждый момент времени летящая стрела занимает определенное положение, то есть неподвижна, а сумма покоев не может дать движения».

Элеаты впервые стали использовать понятия максимальной общности: бытие, небытие, движение (понимая под движением не только механическое перемещение, но любое изменение, развитие). Они стремились доказать, что бытие существует, а небытие (следовательно – пустота) не может существовать. Бытие для них едино, нераздельно и неподвижно, всякое движение представляется противоречивым и поэтому – невозможным. Вселенная – однородный плотный шар. В поэме «О природе» Парменид писал:

«Одно и тоже есть мысль и то, о чем мысль существует.

Ибо ведь без бытия, в котором ее выраженье,

Мысли тебе не найти. И нет и не будет иного,

Сверх бытия, ничего. Все вещи, в чем смертные видят

Истину, веря в нее, все это – лишь имя пустое:

Быть, а также не быть, рождаться, а также и гибнуть,

Место на место менять, обменивать цвет и окраску.

Есть же последний предел, и все бытие отовсюду

Замкнуто, массе равно вполне совершенного шара,

С правильным центром внутри».

Постановка вопросов о различии между мышлением и ощущением, об истинности познания мира и о возможности познания вообще - важнейший вклад элеатов в науку. Однако, сделанные ими выводы о природе не могут быть приняты и были отвергнуты еще в античности. Были предложены различные программы решения поставленных элеатами проблем; основные из них – атомистическая программа Демокрита и идеалистическая программа Платона.

Демокрит из Абдер (род. около 460 г. до н.э.) развил идеи своего учителя Левкиппа и создал учение – прототип материализма, основой которого является атомистика. Атомистическое учение утверждало, что существуют неделимые элементы бытия - атомы (древнегр. άτομος – неделимый), движущиеся в пустоте (небытии). Атомы неделимы, вечны, неизменны и бескачественны, отличаются друг от друга лишь формой и величиной, находятся в постоянном движении. Сцепляясь друг с другом в различных сочетаниях, они образуют многообразные вещи. Атомизм означает переход от континуального видения мира к дискретному.

Чувственное восприятие вещей объясняется истечением от них потоков атомов, воздействующих на органы чувств. Опыт – исходный пункт познания, но сам по себе он дает неполное и недостоверное знание, истинная природа вещей (атомы) постигается лишь с помощью мышления.

Демокрит развил идею Левкиппа о том, что движение атомов порождает вихри, из которых возникают миры. В каждом вихре более крупные и тяжелые атомы собираются в центре и образуют Землю, более мелкие и легкие устремляются к периферии, образуя воздух и небесные светила. По Демокриту, возникающие миры различны по размерам, по структуре - в некоторых нет Солнца, а в некоторых – несколько светил. Миры находятся на разных стадиях развития, некоторые лишены жизни, в некоторых мирах жизнь есть. Живое отличается от неживого наличием души, состоящей из особых атомов, подобных атомам огня.

Важнейшая часть учения Демокрита – идея причинности, близкая к более современной концепции механистического детерминизма. По Демокриту любое событие порождает вполне определенные последствия, те – следующие последствия, и так далее до бесконечности. Причем причинность понималась Демокритом как необходимость: последовательность причин и следствий однозначна, предопределена, не допускает альтернативных возможностей развития событий: «Случайными кажутся те события, причины которых мы не знаем или не хотим знать». Познание сводится к установлению причин произошедшего.

Величайший мыслитель древности, основоположник объективного идеализма, основатель Академии – Платон Афинский (427 г. – 347 г. до н.э.).

В основе понимания природы у Платона лежит его ответ на вопрос о соотношении материального и духовного, единичного и общего. В материальном мире, воспринимаемом нашими органами чувств, все вещи отличаются друг от друга (они единичны, уникальны), они возникают, движутся, изменяются и погибают. В этом мире, считал Платон, нет ничего прочного и истинного. Изучение этого мира с помощью органов чувств не позволяет постичь его сущность.

Чтобы понять учение Платона, вспомним, как материализм рассматривает процесс формирования понятий в человеческом сознании (см. подраздел 1.2). Сравнивая ряд однородных предметов, мы, абстрагируясь от их несущественных отличий, выделяем в них нечто общее, причем нечто существенное, формулируем, в чем состоит общность этого ряда выделенных предметов, и тем самым формируем у себя в сознании идеализированное представление об этой группе предметов – понятие. Так, сравнивая множество геометрических фигур, мы выделяем из них, например, те, которые образованы тремя отрезками прямых на плоскости, и приходим к понятию («идее») треугольника. Так же формируются понятия, связанные с характеристиками, свойствами, взаимоотношениями предметов и явлений, и понятия, не имеющие наглядного воплощения. С позиции материализма понятия («идеи») лишь отражают в нашем сознании в идеализированной, обобщенной форме реальные предметы, явления и их свойства. В этом выражается основное положение материализма о первичности материи и вторичности сознания.

Платон же считал, что первичной истинной сущностью вещей являются их «идеи» или, как он их называл, «виды» («эйдосы»). Идеи вечны, совершенны и неизменны. Они не являются отражением реальных предметов в сознании, а, наоборот, - первичны, самостоятельны, являются основой, образцом и причиной реальных вещей и, вместе с тем, - целью, к которой стремятся реальные вещи.

Идея становится вещью, воплотившись в материи, причем, если идея есть суть вещи (ее истинное бытие), то материя сообщает вещи изменчивость, преходящесть, невечность, то есть по Платону материя соответствует низшей степени бытия или даже, как он пишет в некоторых сочинениях, - небытию.

На положении о первичности идей базируется и космология Платона, то есть его учение об устройстве мира. Мир идей (идеальный мир) существует, но очень далеко от Земли, - это божественный звездный мир. Там пребывают души людей до переселения в тела. Формы предметов там идеальны, вечны и неизменны, их движения совершенны. Совершенным Платон считал равномерное движение по окружности. Именно так движутся звезды. Ближе к Земле, в планетном мире, уже возникают искажения, изменчивость тел и их движений. На Земле, в материальном мире, идеальное начало ослаблено, и земные вещи несовершенны, изменчивы, невечны.

Познание заключается в том, что душа, переселившаяся в тело, забывает то, что видела и знала в идеальном мире, но в земном мире вновь как бы узнает, «припоминает» те черты идеального, вечного, что были известны ей в звездном мире. Огромную роль в процессе познания Платон отдавал математике, считал ее реальным средством установления абсолютных истин. Над входом в платоновскую Академию была надпись «Не геометр, да не войдет».

Наибольшее влияние на естествознание в течение многих последующих веков оказывало учение Аристотеля из Стагира (Стагирита). Он жил в 384-322 гг. до н.э., был учеником и другом Платона, но не его идейным последователем («Платон мне друг, но истина дороже»), воспитателем Александра Македонского, создателем философской школы – Ликея. Аристотель создал первую естественнонаучную картину мира, он – основоположник науки логики. Его основные труды, посвященные естествознанию – «Физика», «Метафизика», «О небе», «Метеорология», «О возникновении и уничтожении».

Отвергая идеализм Платона, Аристотель создал свою систему взглядов на природу, основу которой составляет учение о материи и форме. Каждая вещь в мире, учил он, есть соединение материи и формы. Под материей он понимал бесформенное, хаотичное, пассивное начало. Но это начало имеет возможность (потенцию) стать вещью. Чтобы материя стала вещью, ей нужно придать форму (под формой понимается совокупность внешних характеристик вещи), Форма нематериальна, но она есть осуществление потенции материи, она придает вещам конкретность и определенность. При этом материя каждой вещи является, в свою очередь, формой для материи более низкого порядка. Например, кирпич – вещь, являющаяся единством материи (глины) и приданной ей формы (понятие формы включает здесь геометрические очертания, размер, цвет, прочность и т.д.). В то же время глина является формой для более простых элементов, являющихся ее материей. Аристотель не считал эту цепочку связей «форма-материя» бесконечной. Он полагал, что, переходя ко все более простым телам, мы придем к «первоматерии», лишенной всех свойств и качеств. Соединяясь с простейшими формами (теплое, холодное, сухое, влажное), первоматерия образует четыре первоэлемента: огонь, воздух, воду и землю, - из которых состоят все вещи.

Напротив, поднимаясь по лестнице «форм», мы приходим к «высшей форме», которую нельзя рассматривать как материю, «возможность» еще более высокой «формы». Эта предельная форма по Аристотелю есть Перводвигатель или Бог, пребывающий вне мира. С философской точки зрения учение Аристотеля есть объективный идеализм, но непоследовательный, включающий в себя ряд материалистических положений.

Аристотель отвергал возможность существования пустоты, утверждая: «Природа не терпит пустоты». Первоэлементы распределены во Вселенной неравномерно, что определяет ее строение. В центре находится земля, образующая нашу сферическую, неподвижную планету – центр Вселенной. Доказательство шарообразности Земли – лунные затмения. Далее вплоть до орбиты Луны (в подлунном мире) последовательно распределены вода, воздух и огонь. Далее следует надлунный божественный мир, где все состоит из особой, «совершеннейшей из субстанций» – эфира, и где законы подлунного мира неприменимы. Планеты прикреплены к эфирным сферам и равномерно вращаются вокруг Земли по окружностям. Вселенная ограничена сферой звезд. Вне Вселенной – Перводвигатель, приводящий ее в движение. Таким образом, аристотелевская картина мира основана на принципах конечности и геоцентричности, отрицании единства законов природы во всех частях Вселенной.

Аристотель заложил основы физики, в первую очередь – механики. Он считал, что движения подразделяются на совершенные движения в надлунном мире (равномерное движение по окружности или сочетание нескольких таких движений) и несовершенные движения в земном, подлунном мире. Последние он разделял на естественные, не требующие приложения сил (движение тяжелых предметов вниз, легких – вверх), и насильственные – требующие приложения сил. Основной принцип динамики по Аристотелю: «Все, что движется, движется благодаря воздействию другого», - в современной записи выглядит так: , и означает, что для равномерного и прямолинейного движения тела к нему должна быть приложена сила (сравните со вторым законом Ньютона!).

Аристотель полагал, что бытие целесообразно, то есть природа имеет определенную цель: «Бог и природа ничего не делают напрасно». Однако, в отличие от платоновского учения о сознательной целенаправленной душе мира, Аристотель считал целесообразность природы бессознательной.

Дальнейшее развитие античное естествознание получило в период эллинизма – культуры в государствах, возникших после распада империи Александра Македонского (научным центром являлась Александрия в Египте), и в Древнем Риме. Видными представителями естествознания периода эллинизма были следующие ученые.

Евклид (4-3 в. до н.э., Афины, Александрия) – автор труда «Начала» в 13 книгах, где на основе единого аксиоматического (построенного на выведении следствий из нескольких исходных аксиом, постулатов) подхода была изложена вся известная к тому времени математика. В число постулатов евклидовой геометрии входил и знаменитый пятый постулат о том, что параллельные прямые не пересекаются. Критический анализ этого постулата в позднейшее время привел к пересмотру привычных представлений о свойствах пространства.

Евклид – один из основоположников геометрической оптики, автор сочинений «Оптика» и «Катоптрика», в которых развито понятие световых лучей, изложены законы прямолинейного распространения света и закон отражения, рассмотрен ряд оптических задач.

Архимед (287–212 гг. до н.э., Александрия, Сиракузы на Сицилии) – один из основоположников механики, в первую очередь статики и гидростатики (ввел понятия центра тяжести, момента силы, доказал закон рычага, открыл «закон Архимеда»), создатель множества механизмов, используемых в технике, в том числе – в военном деле. Знамениты его высказывания: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю», «Эврика!» («Нашел!»).

Эратосфен (276-194 гг. до н.э., Александрия) определил длину земной окружности – 39 500 км (по современным данным – 40 000 км).

В александрийской школе продолжилась разработка аристотелевской геоцентрической картины мира. Причиной ее уточнения была необходимость более точного объяснения реально наблюдаемого сложного движения планет по небосводу и предсказания астрономических явлений, например, затмений. Во 2-ом веке н.э. Гиппарх начал, а Клавдий Птолемей завершил создание универсальной теории астрономических явлений. Она изложена в основном труде Птолемея «Альмагест» (состоит из 13 книг) и основывается на несколько подкорректированных постулатах о центральном положении Земли во Вселенной и о равномерном и круговом движении планет. Для объяснения наблюдаемого перемещения планет в этой теории принималось, что их реальные движения вокруг Земли складываются из нескольких круговых. Птолемеевская схема движения планет изображена на рисунке 2.1, где 1 – центр деферента – окружности, по которой перемещается центр 2 другой окружности – эпицикла, по которой равномерно относительно центра 2 вращается планета 3. Земля 4 несколько сдвинута от центра деферента (то есть, по Птолемею, смещена от центра Вселенной). Симметрично центру 1 деферента по другую сторону от Земли расположен эквант 5 – точка, относительно которой угловая скорость движения точки 2 по деференту остается постоянной.

Рисунок 2.1 - Птолемеевская картина мира: 1 – центр деферента; 2 - центр эпицикла; 3 – планета; 4 - Земля; 5 – эквант.

Усложнение схемы движения планет нарушало базовые положения аристотелевской картины мира, но соответствовало иногда используемому методологическому принципу «спасения явлений», то есть отказа от строгого следования основным положениям теории ради приведения ее в согласие с данными опыта. Однако весьма часто необходимость следовать этому принципу говорит о неправильности самих базовых положений теории. Именно так было и в этом случае. В дальнейшем для уточнения птолемеевской схемы были введены эпициклы второго и более высоких порядков, а затем после открытий Коперника были отвергнуты и сами исходные положения картины мира Аристотеля-Птолемея.

Для устранения несообразностей аристотелевской динамики (для объяснения движения тел в отсутствие воздействия сил) с 6-го века н.э. стала развиваться теория «импетуса», то есть «движущей силы», сообщаемой телу при приведении его в движение, и затем расходуемой телом в процессе движения.

В античности возникли зачатки биологических наук, в первую очередь – анатомии и медицины. Возникли гипотезы о происхождении живого из неживой природы, об изменчивости живых существ.

Гиппократ (около 460 г. – около 377 г. до н.э.) – «отец медицины», ему принадлежит идея об естественных причинах болезней, в том числе – о влиянии внешней среды, образа жизни и наследственности. Он известен «клятвой Гиппократа», высказываниями «Не навреди!», «Лечить не болезнь, а больного». Последнее означает, что методы лечения, назначения должны быть индивидуальны. По Гиппократу основа функционирования организма – четыре жидкости: кровь, слизь, желчь черная и желтая. Отсюда – и четыре типа темпераментов людей.

Величайшим биологом своего времени был Аристотель. Он оставил описания внешнего вида, строения и образа жизни сотен животных. От Аристотеля до современности дошло разделение живых существ на два царства – растений и животных. Он предложил систему классификации животных, основанную не только на их сходстве, но и родстве; разделил животных на кровяных и бескровных, а кровяных подразделил на живородящих и яйцеродных. К первым Аристотель отнес и человека, то есть он включил людей в общую систему живой природы Земли, отводя им высшее место в иерархии живых существ.

Гален (130-200 гг. н.э., Рим) – анатом, медик, фармацевт. Доказал, что в артериях не воздух, а кровь. По Галену система кровообращения такова: печень вырабатывает кровь с питательными веществами, по венам она течет в сердце, где обогащается «жизненной пневмой», поступающей из легких, откуда по артериям распределяется по организму (эта схема была исправлена лишь в Новое время). Гален считал, что мозг – не железа, как думали ранее, а вместилище души. По нервам возбуждение передается от мозга к организму, а от органов чувств – в мозг (это – гениальная догадка о функционировании нервной системы).

Гален – создатель множества лекарств, особенно из растений, основоположник фармакологии (в современном языке «галеника» означает лекарства из естественного сырья).

Итак, в античном мире была создана первая естественнонаучная картина мира, просуществовавшая около двух тысяч лет, заложены предпосылки для возникновения основных наук о природе. Недостатком античного естествознания была его умозрительность, отсутствие опоры на опыт, тем более – на эксперимент.

2.2. Средневековье

Средневековье («темные века») – период, длившийся в Европе примерно с 5-го века н.э. (распад Римской империи) до примерно 13-го века. Социально-экономический фон:

- господство феодальных отношений, преобладание натурального хозяйства, очень медленное развитие производства;

- сильное ограничение гражданской и духовной свободы, приоритет сословно-иерархических ценностей в общественной жизни;

- огромное влияние религиозного (христианского) мировоззрения, преобладание в сознании ценностно-эмоционального отношения к миру (оценка всех явлений с точки зрения «святое – грешное», «доброе – злое», «божественное – человеческое») над познавательно-рациональным.

Основная традиция средневекового познания мира – схоластическая. Схоластика (от лат. schola – школа) – тип религиозного мировоззрения, подчиняющий все знание религии. Схоластика отличается соединением догматизма с интересом к формально-логическим проблемам: от серьезных теологических и философских («о бессмертии души», «о конечности и бесконечности мира», «о соотношении свободы и предопределенности в действиях человека», «об отношении общего к единичному») до совершенно надуманных («Телесны ли ангелы, являющиеся на Землю?», «Сколько тысяч чертей может поместиться на острие иголки?»). Решающим аргументом при ответе на все вопросы являлись, конечно, не опыт и разум, а соответствие Священному писанию и мнению религиозных авторитетов.

Главный вопрос схоластки – соотношение знания и веры. Считалось, что знание имеет два уровня:

- сверхъестественное, источник которого - божественное («мистическое») откровение или библейские тексты (это – знание высшего уровня);

- естественное, отыскиваемое разумом, а также из учений античных мыслителей (Платона, Аристотеля) с христианскими комментариями. Отметим, что труды древних ученых проникали в средневековую Европу с гораздо более просвещенного в то время мусульманского Востока. Естественное знание считалось знанием более низкого уровня, лишь подтверждающим и иллюстрирующим сверхъестественное знание.

Вот высказывания ортодоксальных схоластов по вопросу о соотношении знания (науки, философии) и веры. Петр Дамиани: «Философия – служанка богословия», Тертуллиан: «Верую, ибо абсурдно», Кассиодор: «Не только неученые, но даже те, кто и читать не умеет, получают от Бога премудрость».

Вместе с тем ряд видных схоластов признавал право естественных наук на существование при несомненном главенстве теологии (богословия). Великий мыслитель Средневековья, представитель схоластки периода ее расцвета, Фома Аквинский (1225-1274 гг., итал.) ставил своей целью доказать, что знание и вера, отличаясь друг от друга, вместе с тем образуют единство, гармонически дополняют друг друга, но с приоритетом веры. Он многое взял из аристотелизма, истолковав его в религиозном духе. Модернизированное учение Фомы Аквинского («неотомизм») – философия современного католицизма.

Важнейшим достижением схоластики (с ее точки зрения) являются попытки дать логические доказательства существования Бога, примиряющие разум и веру. Вот два из ряда таких доказательств («аргументов»).

Космологический аргумент (Фома Аквинский): каждое явление имеет свою причину. Восходя по лестнице причин, приходим к необходимости существования Бога – верховной причины всех явлений.

Онтологический аргумент (Ансельм Кентерберийский, 1033-1109, итал., англ.): из понятия безусловно совершенного существа, имеющегося в нашем сознании, с логической необходимостью следует, что Бог существует, так как совершенство включает в себя и существование.

Видными схоластами, интересовавшимися различными науками, были Альберт Великий (1200-1280, нем.) – «всеобъемлющий доктор», введший в научный обиход все сохранившиеся труды Аристотеля с комментариями в христианском духе, Дунс Скот (1265-1308, англ.), Раймунд Луллий (1235-1315, исп.) и другие.

В современном материалистическом понимании схоластика – пустое, бесплодное, догматическое учение, оторванное от жизни, а вышеприведенные аргументы – пустая тавтология.

В Средневековье значительным было влияние герметической традиции, названной так в честь Гермеса Трисмегиста («Триждывеличайшего») – легендарной личности, вероятно жившего в Древнем Египте, великого мага и ученого, в текстах которого (?) «Изумрудная скрижаль», «Поймандр» якобы заключено в зашифрованном виде истинное знание о мире и будущем. Некоторые отождествляют Гермеса с Имхотепом – реальным человеком, строителем великих египетских пирамид.

Эта традиция основана на вере в существование скрытых сил в человеке и в природе, во взаимосвязь Вселенной («макрокосмоса») и человека («микрокосмоса»), в возможность обращения к этим скрытым сверхъестественным силам божественной («белая магия») или сатанинской («черная магия») природы, могущим влиять на природные явления и судьбу человека. Владение этими силами доступно не каждому, а только избранным, прошедшим особую подготовку и посвящение, знающим необходимые ритуалы, обряды и заклинания. Поэтому такие учения называют также оккультными (от лат occultus – тайный) и эзотерическими (обращенными к избранным), в отличие от экзотерических (общедоступных). Псевдонауки этого направления: алхимия, астрология, каббалистика – поиск тайного смысла в священных книгах и древних текстах, и другие.

Алхимия – соединение химии, зародившейся в Древнем Египте, греческой натурфилософии, мистики, астрологии. Ее цели – поиск «философского камня» для превращения одних веществ в другие (в первую очередь – в золото) и «эликсира жизни», дающего бессмертие, искусственное создание живого существа – «гомункулуса». Полезным результатом деятельности алхимиков были получение серной, соляной и азотной кислот, ряда сплавов, лекарств, красителей, разработка химического оборудования и экспериментальных методов.

Яркий представитель оккультизма (правда, более позднего периода) – Парацельс (1493-1541, нем., подлинное имя Филипп Аурел Теофраст Бомбаст фон Гогенхейм) - врач, ученый, авантюрист. Основная идея его учения: природа – живое целое с единой мировой душой. Мировая (звездная) душа находится вне обычного пространства (в астрале) и может взаимодействовать с другими астральными телами – душами людей. Между человеком («микрокосмосом») и природой («макрокосмосом») есть взаимосвязь и параллелизм. Следовательно, возможно воздействие на природу с помощью тайных средств. Понять свою душу – означает понять природу и овладеть ее силами. Природа полна духов и демонов. Задача медицины – восстановление нарушенного чужим духом порядка, который в здоровом состоянии обеспечивается верховным жизненным духом существа – археем. Врач должен лечить и тело, и душу, и дух больного. Парацельс - основоположник ятрохимии - медицинской химии.

В настоящее время наблюдаются новые проявления и, возможно, даже подъем учений герметического толка. Это объясняется интригующим, привлекающим характером таких учений, сложностью и малодоступностью для широкой общественности современных достижений подлинной науки, недостаточным культурным уровнем значительных масс населения.

В Средневековье существовала и опытно-эмпирическая традиция.

Роджер Бэкон (13 в., англ.) – изобретатель пороха в Европе (?), предсказывал будущее развитие техники (писал о кораблях без гребцов и парусов, о летательных аппаратах), изучал линзы.

Жан Буридан (14 в., фр.) – ректор Парижского университета – развивал теорию импетуса.

До сих пор в методологии используется принцип «бритвы Оккама», названный так по имени мыслителя У. Оккама (1285-1349, англ.). Этот принцип утверждает, что понятия, не поддающиеся проверке в опыте, должны быть удалены из науки: «сущности не следует умножать без необходимости».

В Средние века в Европе возникли светские университеты: первый – в Болонье (12 век), затем в Париже (1200 г.), Неаполе (1224 г.), Тулузе (1229 г.), Праге (1349 г.), Вене (1365 г.), Гейдельберге (1385 г.). В университетах было четыре факультета. На подготовительном в духе традиций античности изучали «семь свободных искусств»: геометрию, арифметику, астрономию, музыку (это первый цикл – квадривий, из которого позже сформировались естественные науки), а также грамматику, риторику и диалектику – так тогда называли логику (этот второй цикл – тривий – трансформировался в гуманитарные науки). Выпускники подготовительного факультета могли учиться на медицинском, юридическом или теологическом факультете; последний считался высшим, но обычно был самым малочисленным.

В Средние века центр научной мысли находился на мусульманском Востоке, основную часть которого занимал Багдадский халифат (Иран, Ирак, Средняя Азия, Сирия, Египет, мусульманская часть Испании, Марокко и др.). Там возродилось античное наследие и оттуда оно проникало в Европу. Основными областями научной деятельности являлись математика, астрономия, медицина, география. Культура мусульманского Средневековья дала множество видных ученых.

Аль Бируни (973-1048 гг., Хорезм) – автор около 150 трудов по истории, географии и др. Считал, что Земля шарообразна, по удалению линии горизонта при подъеме на гору определил длину земной окружности (~41 500 км).

Ибн Сина (980-1037 гг., Бухара), в европеизированном варианте – Авиценна, развивал аристотелизм, теорию импетуса, был величайшим медиком своего времени. Его «Канон врачебной науки» широко использовался и в Европе.

Омар Хайям (1040-1123 гг., тадж.) – великий поэт и ученый. Он определил плотность многих веществ, написал математический «Трактат о доказательствах задач», где, в частности, описал решение некоторых кубических уравнений.

Ибн Рушд (1126-1198 гг., Кордова, Испания – Марракеш, Марокко), в европеизированном варианте - Аверроэс – медик, философ. Развивал учение Аристотеля, усиливая в нем элементы материализма. Отстаивал теорию «двойственности истины», по которой научно-философская истина и истина религии не противоречат друг другу, поскольку имеют в виду разное. Религия – это, в первую очередь, образное познание и она важна для воспитания. Наука постигает абсолютную истину, она более совершенна и важна для практики.

Улугбек (1394-1449 гг., Самарканд) - создатель знаменитой обсерватории, автор «Новых астрономических таблиц» – каталога 1018 звезд.

2.3. Возрождение. Коперниканская революция

Возрождение – период европейской культуры, длившийся приблизительно с 14-го века до начала 17-го века.

Социально-экономический фон:

- становление капиталистических отношений, буржуазных классов, развитие городов, ремесел;

- возрождение античной культуры (потому и название – Возрождение), смена сословной структуры индивидуализмом, «эпоха титанов мысли»;

- развитие пантеизма – отождествления Бога и природы, из которого следовало, что познание богоприроды – благое, достойное дело.

Основные достижения Возрождения относятся к искусству, литературе, но и в естествознании произошли значительные события. Главные из них – открытия в астрономии (коперниканская революция) и зарождение научной биологии.

Геоцентрическая система Птолемея была весьма сложна, внутренне противоречива (система деферентов и эпициклов для каждой планеты была своя), и ее предсказания расходились с данными опыта. Но для ее пересмотра нужна была научная и гражданская смелость, так как эта система соответствовала религиозному представлению о том, что Землю с людьми Бог поместил в центр Вселенной.

Революцию в астрономии, повлекшую за собой революции в естествознании и мировоззрении, начал польский астроном Николай Коперник (1473-1543 гг.). Основной его труд «О вращениях небесных сфер» вышел в 1543 г. В нем подведены итоги многолетних наблюдений, расчетов, анализа известных учений, проделанных Коперником. Главный итог работы – гелиоцентрическая картина мира, базирующаяся на математической теории движения Солнца, Луны, пяти известных планет (в том числе – Земли) и сферы звезд.

Открытия Коперника являются примером научной революции, подготовленной многовековым эволюционным процессом, их значение велико и многопланово:

- первая (аристотелевская) картина мира сменилась на новую;

- были подорваны основы религиозного мировоззрения;

- была получена практическая польза: упростились расчеты календаря и прогноз астрономических явлений;

- возникли предпосылки ньютоновской революции;

- было показано, что сущность явления может быть понята разумом на основе глубокого анализа данных опыта (методологическое значение).

Коперниковская модель не была свободна от анахронизмов: сохранились идеи о замкнутости Вселенной, наличии у нее центра – Солнца, единственности планетной системы, движение планет в традиции Платона и Аристотеля считалось равномерным и круговым.

Джордано Бруно (итал., род. в 1548 г., в 1600 г. был сожжен на костре за свои взгляды) развил учение Коперника, сделав на его основе революционные мировоззренческие выводы. Его основное сочинение – «О бесконечности, Вселенной и мирах» (1584 г.). Бруно отверг замкнутость Вселенной и центральное положение Солнца, считал, что звезды тождественны Солнцу. Более того, он утверждал, что Вселенная вечна, вещественна, бесконечна, несотворима, бесконечно развивается, что во Вселенной существует множество планетных систем, в том числе – множество планет, на которых есть жизнь и разум. Поскольку последние тезисы пока не подтверждены опытом, то католическая церковь до сих пор не признает учение Бруно. Вместе с тем Бруно разделял многие положения герметических учений, например, считал Землю живым существом.

В этот же период крупные открытия произошли в изучении живых организмов, в том числе – человека.

Создателем современной анатомии, как основы медицины, считается Андрей Везалий (1514-1564 гг., итал., работал в Брюсселе), написавший книгу «О строении человеческого тела» на основе большого фактического материала.

Мигель Сервет (16 в., исп.) и Уильям Гарвей (1578-1617 гг., англ.) открыли два круга кровообращения, устранив ошибку Галена.

Несколько позже (17-й – начало 18-го века) был изобретен микроскоп, открыты микроорганизмы (голл. Антоний ван Левенгук) и клеточный уровень строения организмов (англ. Роберт Гук, итал. М. Мальпиги).

В эпоху Возрождения возникли два подхода к вопросу об индивидуальном развитии организмов (онтогенезе).

Сторонники преформизма (А. ван Левенгук, Г.В. Лейбниц) считали, что в зародышевой клетке есть все структуры взрослого организма и его развитие сводится к количественному росту органов и тканей.

Теория эпигенеза (У. Гарвей, Р. Декарт) в традиции аристотелизма считала, что структуры и функции организма развиваются в процессе роста под действием внешних факторов, предопределенности в развитии нет.

В эпоху Возрождения в Европе возникло книгопечатание (Иоганн Гутенберг, Германия, ~1445 г.), что оказало огромное влияние на развитие науки и культуры.

Эпоха Возрождения – «эпоха великих географических открытий», важнейшие из которых:

- 12 октября 1492 г. Христофор Колумб (итал. на службе у короля Испании) открывает Америку;

- 1497-99 гг. – Васко да Гама (португ.) открывает морской путь вокруг Африки в Индию;

- 1519-1522 гг. – первое кругосветное путешествие Фернандо Магеллана (португалец на службе у короля Испании).

2.4. Научная революция 17-го века. Концепция механистического детерминизма

Социально-экономический фон:

- развитие капитализма, создание мирового рынка, рост фабричного производства;

- дальнейшее ослабление роли церкви в жизни общества, формирование рационалистического мировоззрения (провозглашается наступление «века Разума»);

- научно-технические достижения становятся востребованными обществом, возникает мировое научное сообщество.

Предшественниками ньютоновской научной революции были видные ученые.

Тихо Браге (1546-1601 гг., дат.) – астроном, накопивший огромный фактический материал о движении планет.

Иоганн Кеплер (1564-1642 гг., нем.) обработал материал наблюдений Т. Браге и открыл законы движения планет, опровергнув перешедшее из античности в коперниковскую систему положение об их равномерном круговом движении. В основных работах Кеплера «Новая, изыскивающая причины астрономия, или Физика неба» (1609 г.) и «Гармония мира» (1619 г.) изложены три закона движения планет:

- планеты движутся по эллипсам (не по окружностям!), в одном из фокусов которых находится Солнце;

- радиус-вектор планеты за равные промежутки времени заметает одинаковые площади (движение неравномерно!);

- квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний от них до Солнца.

Для объяснения этих законов Кеплер сравнивал действие Солнца на планеты с действием магнита (предвидение закона всемирного тяготения).

Галилео Галилей (1564-1642 гг., итал.) – «отец современного естествознания», с его работ физика берет начало как наука. Достижения Галилея:

- он разграничил понятия равномерного и ускоренного движения, ввел понятие ускорения, вывел закон равноускоренного движения ;

- показал, что результатом действия силы на тело является не скорость (как полагал Аристотель!), а ускорение;

- сформулировал принцип инерции и ввел понятие инерциальной системы отсчета;

- сформулировал механический принцип относительности (все законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета) и принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции сил);

- открыл независимость периода малых колебаний маятника от амплитуды;

- изобрел телескоп и с его помощью сделал множество астрономических открытий (фазы Венеры, кратеры на Луне, спутники Юпитера и Сатурна, солнечные пятна, обнаружил, что Млечный Путь состоит из множества звезд).

Его основные книги – «Диалог о двух главных системах мира» (1632 г.), в которой Галилей отстаивал осужденную церковью систему Коперника, и «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (1637 г.) с изложением открытий в физике. За поддержку учения Коперника преследовался инквизицией; по легенде, в 1633 г. после прочтения формального текста отречения от своих взглядов произнес знаменитую фразу «Eppur si muove!» («И все-таки она движется!»).

Рене Декарт (1596-1650 гг., фр., латинизированный вариант имени - Картезий) – мыслитель и ученый. Отвергая схоластику, стал одним из основателей рационалистической (основанной на разуме) методологии естествознания («картезианства»). Принципы научного мышления и применение методов математического анализа в геометрии изложил в «Рассуждении о методе» (1637 г.).

Декарт считал, что система знаний о природе должна быть, подобно геометрии, построена как последовательность утверждений, выводимых из малого числа основополагающих аксиом (аксиоматический метод). Пытаясь найти положение, лежащее в начале всей цепочки логических следствий, предложил знаменитое «Cogito ergo sum» («Мыслю, следовательно, существую»). Это утверждение означает, что доказательство реальности мира и его познаваемости существует, и что человек может его отыскать в себе самом – в своей способности мыслить. Основное методологическое положение Декарта – простота и ясность исходных положений, строгая математическая логичность последующих выводов. Опыт по Декарту тоже важен, особенно при проверке результатов теоретизирования.

Подобный способ мышления помог Декарту в создании основ аналитической геометрии (общеизвестна «декартовская система координат»).

Декарт – основоположник научной космогонии – науки об истории развития Вселенной. В этом вопросе проявлял себя как атомист и деист, то есть считал, что Вселенная создана Богом, но затем развивается по естественным законам. Из исходного хаотического движения атомов, считал он, возникают вихри, в которых легкие частицы собираются в центре, образуя Солнце, а более тяжелые отбрасываются к периферии, образуя планеты.

В посвященной оптике книге «Диоптрика» (1637 г.) Декарт выдвинул идею эфира - особой среды, в которой распространяется свет, обосновал законы отражения и преломления света, дал объяснение радуги.

Развитию рационалистического мировоззрения, научной методологии способствовал Френсис Бэкон (1561-1626 гг., англ.). В 1620 г. вышел его основной антисхоластический методологический труд – «Новый Органон», названный так по аналогии с «Органоном» – собранием работ Аристотеля по логике. По Ф. Бэкону, научный метод подобен циркулю, позволяющему даже неумелому человеку начертить идеальную окружность, или фонарю, освещающему дорогу путнику. Он говорил: «Даже хромой, идущей по дороге, опережает того, кто бежит без дороги». Ему принадлежит девиз «Знание – сила!».

Исаак Ньютон (1643-1727 гг., англ.) – один из величайших ученых в истории человечества. На памятнике Ньютону в Кембридже написано: «Разумом он превосходил род человеческий». Научное наследие Ньютона обширно и посвящено физике (механике и оптике), астрономии, математике, методологии науки.

Ньютон – создатель классической механики: он сформулировал основные законы динамики (знаменитые три закона Ньютона), открыл закон всемирного тяготения, на этой основе дал математическое объяснение законам Кеплера («небесная механика») и ряду механических явлений – прецессии, приливам и отливам («земная механика»). Открыл закон внутреннего трения в жидкостях и газах. Открытия И. Ньютона по механике изложены в его историческом докладе 28 апреля 1686 г. научному Лондонскому королевскому обществу «О механике земных и небесных процессов» и в знаменитой книге «Математические начала натуральной философии» (1687 г.).

Ньютон изучил и объяснил явление дисперсии (разложения света в спектр); пытаясь перенести достижения в области механики в другие сферы науки, развивал корпускулярную теорию света (по этой теории свет есть поток частиц – корпускул) и в рамках этой теории дал объяснение законам геометрической оптики. Исследовал интерференцию света («кольца Ньютона»).

Он внес великий вклад в математику. Независимо от своего «вечного оппонента», немецкого философа и математика Г.В. Лейбница, Ньютон создал основы дифференциального и интегрального исчислений (вспомним известную формулу Ньютона - Лейбница ), получил важные результаты по алгебре («бином Ньютона»). Его главный математический труд «Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых» (флюксия – бесконечно малая величина) завершен в 1671 г., опубликован в 1736 г.

Ньютоновские представления об абсолютных, то есть не зависящих от материи и друг от друга, пространстве и времени, о дальнодействии – мгновенной передаче действия от одного тела к другому через пустое пространство, на долгий период предопределили позицию естествознания по вопросу о пространстве и времени, стали одной из основ всей классической физики (до создания теории электромагнитного поля и теории относительности).

Ньютон внес вклад в космологию, обосновав бесконечность Вселенной тем, что в случае ее конечности под действием гравитации все материальные тела рано или поздно слились бы в одно тело. Пытаясь объяснить первопричину движения тел во Вселенной, допускал божественный «первый толчок».

Ньютон подчеркивал необходимость опоры на опыт, избегал необоснованных предположений («Гипотез не измышляю!»), проявлял себя как стихийный материалист и сторонник жесткого детерминизма (предопределенности).

Ньютон писал: «Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы». Эта идея, подкрепленная огромным авторитетом Ньютона и выдающимися успехами ньютоновской механики, привела к формированию концепции механистического детерминизма. Ее основные положения:

- все процессы в природе сводятся к механическим явлениям, которые можно (в принципе!) рассчитать по законам механики;

- современное состояние мира (положения и скорости всех материальных частиц) однозначно и жестко связано со всеми предыдущими и последующими состояниями; мир подобен очень сложному механизму, некогда приведенному в движение и далее функционирующему по строго предопределенному плану.

Эти идеи четко сформулировал французский механик и математик Пьер Симон Лаплас («лапласовский детерминизм»), считавший, что если бы кто-то располагал информацией о положении, скоростях и силах взаимодействия всех тел, то ему была бы доступна вся полнота знания о прошлом и будущем.

Механистический детерминизм отвергает саму возможность случайностей и применимость вероятностного подхода к анализу явлений; сводя все процессы к механическим движениям, фактически отрицает существование высших, качественно более сложных форм движения и взаимодействия материи; он не допускает мысли о возможности альтернативных путей развития.

Принцип механистического детерминизма для своего времени был прогрессивным, поскольку подразумевал познаваемость природы и давал методы познания, однако затем он вступил в противоречие с рядом фактов и был заменен более совершенными мировоззренческими установками. Сейчас мы считаем, что данный принцип применим в весьма ограниченной области изучения сравнительно простых механических систем.

В 17 веке У. Гилберт (англ.) вел исследования магнитов и земного магнетизма. Развивалась гидро- и аэростатика: Э. Торричелли (итал.) измерил атмосферное давление и получил вакуум, опровергая аристотелевское «Природа не терпит пустоты», Б. Паскаль (фр.) открыл основной закон гидростатики. Начались исследования тепловых процессов (закон Р. Бойля (англ.) – Э. Мариотта (фр.)), изучались упругие свойства твердых тел (закон Р. Гука). Наряду с корпускулярной теорией света развивалась и иная – волновая – теория (Х. Гюйгенс, голл.), по которой свет есть волновое движение в эфире. Гюйгенс открыл явление поляризации света, изучал дифракцию волн. О. Рёмер (дат.) в 1676 г. по астрономическим наблюдениям определил скорость света – 214 000 км/с (И. Кеплер, Р. Декарт считали ее бесконечной, по современным данным она равна 300 000 км/с). Возникла и получила первые обоснования гипотеза о теплоте как движении частиц (Ф. Бэкон «Новый органон», Р. Гук, Р. Бойль).

Началось становление химии. Роберт Бойль в книге «Химик-скептик» (1661 г.) отверг античные представления о первоэлементах и ввел понятие химического элемента как предела разложения веществ на составные части, ввел в химию экспериментальный метод.

Вместе с тем возникали и заблуждения, пример чему – флогистонная теория горения, по которой все горючие вещества содержат некую невесомую субстанцию – флогистон, расходуя ее при горении.

Эта теория – характерный пример определенного типа заблуждений, когда для объяснения непонятных явлений придумываются различные фантастические вещества и силы: для объяснения горения – флогистон, теплоты – теплород, распространения света – эфир, электричества – жидкость, избыток или недостаток которой сообщает телу положительный или отрицательный заряд, синтеза органических веществ в живых организмах – «жизненная сила».

2.5. Развитие физики и химии в 18-19 веках

Социально-экономический фон:

- быстрое развитие капитализма, машинного производства, на основе буржуазного разделения труда формируется научно-техническая интеллигенция;

- распространение рационалистического мировоззрения, зарождение основ научного материализма (18 век современники называли «веком Просвещения», 19 – «веком Прогресса»);

- наука тесно взаимодействует с техникой, научные достижения становятся существенным фактором развития производства, общественного прогресса и политическим фактором (военная техника);

- формируется организационная структура национального и международного научного сообщества (научные общества, научные и учебные заведения, научные журналы, собрания ученых и проч.).

В 18-19 веках бурно развивалась классическая механика, чему способствовала ее взаимосвязь с быстро прогрессирующей математикой. На этой основе возникла аналитическая механика, видными представителями которой были Леонард Эйлер (швейц., многие годы жил в России), Ж. Д’Аламбер(фр.), Ж. Лагранж (фр.), П.С. Лаплас (фр.), У. Гамильтон (ирл.), С. Пуассон (фр.), Г. Кориолис (фр.) и др., являвшиеся, как правило, одновременно и выдающимися математиками.

Другим направлением развития механики была гидро- и аэродинамика, создателями которой являются Л. Эйлер, Д. Бернулли (швейц., ряд лет работал в России), продолжателями – С. Пуассон, Ж.Л.М. Пуазейль (фр.), Д. Стокс (англ.), О. Рейнольдс (англ.), Н.Е. Жуковский (росс.) и др.

Развивалась и «небесная механика». Примером может служить открытие Нептуна «на кончике пера». В 1845-46 гг. француз У. Леверье и англичанин Д. Адамс, анализируя возмущения (отклонения) в движении планеты Уран, предсказали существование еще одной планеты – Нептуна, и указали ее местоположение на небе, где в 1846 г. ее и обнаружил немец И. Галле (кстати, это – пример и международного научного сотрудничества). Астрономия вышла за пределы Солнечной системы и даже Галактики. Уже в 18 веке великий астроном В. Гершель (нем., жил в Англии) открыл в Солнечной системе планету Уран, обнаружил движение Солнечной системы в направлении к созвездию Геркулеса, открыл двойные и тройные звезды, исследовал туманности, при этом высказал мысль, что эти объекты есть звездные системы, подобные нашей Галактике, но находящиеся на разных стадиях развития.

Во второй половине 18-го века немецкий философ и ученый Иммануил Кант выдвинул гипотезу, математически обоснованную затем П.С. Лапласом, о возникновении Солнца и планет из вращающегося нагретого газопылевого облака в результате гравитационного коллапса – притяжения частиц друг к другу. Случайно возникшие скопления частиц становятся центрами притяжения окружающих частиц, образуются нарастающие сгустки вещества, из которых формируются планеты и центральное светило (см. рисунок 2.2). В процессе вращения газопылевое облако становится плоским, «блинообразным», чем объясняется то, что орбиты всех планет лежат в одной плоскости. Идея гравитационного коллапса является ведущей и в современной космогонии. С моделью Канта - Лапласа в астрономию пришла идея развития.

Рисунок 2.2 - Образование Солнечной системы по гипотезе Канта - Лапласа: а) исходное вращающееся газопылевое облако; б) облако становится плоским, возникают сгустки вещества; в) формируются планеты и Солнце.

На фоне господства ньютоновских представлений об абсолютном евклидовом пространстве и абсолютном времени возникают гениальные революционные идеи о свойствах пространства и времени.

Первые предположения об относительности пространства и времени, о существовании пространств с неевклидовой геометрией выдвинули Г.В. Лейбниц, а в начале 19-го века – «король математиков» К.Ф. Гаусс (нем.).

В 1826-29 гг. гениальный русский математик Николай Иванович Лобачевский (основной труд – «Начала геометрии») показал, что возможна геометрия, отличная от евклидовой, и поставил вопрос о геометрии реального физического пространства. В 1832 г. Я. Больяй (венгр.) также опубликовал работу с идеей неевклидовой геометрии.

В 1867 г. в книге Б. Римана (нем.) «О гипотезах, лежащих в основании геометрии» было введено понятие n-мерного искривленного пространства (евклидово пространство – частный случай такого пространства с нулевой кривизной), разграничены понятия безграничного и бесконечного пространств: пространство с положительной кривизной безгранично, но не бесконечно, подобно тому, как безгранична, но не бесконечна поверхность сферы.

Впоследствии идеи Лобачевского, Римана и других математиков стали математической основой физической теории относительности.

Важнейшее достижение естествознания 18-19 веков – становление и полное утверждение молекулярно-атомистического учения, развивавшегося в основном по двум направлениям: в теории теплоты (молекулярная физика и термодинамика) и в химии. Современный атомизм возродил античный атомизм Демокрита на качественно новом уровне.

В изучении тепловых явлений атомизму предшествовала теория теплорода – гипотетической субстанции, пронизывающей тела и сообщающей им температуру. Передачу теплоты от тела к телу эта теория объясняла перетеканием теплорода из тела с высоким его содержанием (более нагретого) в тело с меньшим содержанием (более холодное).

Но уже в 17 веке возникла гипотеза о теплоте, как форме движения частиц вещества (Ф. Бэкон, Р. Гук, Р. Бойль). Сторонником этой гипотезы был Михаил Васильевич Ломоносов – один из основоположников молекулярно-кинетического учения, считавший, что все тела состоят из мельчайших частиц («корпускул»), совершающих поступательное, «коловращательное» и «зыблемое» (колебательное) движения. Теплоту он связывал с вращением частиц. Теория теплоты изложена Ломоносовым в книге «Размышления о причине теплоты и холода» (1748 г.), где также высказана догадка о существовании абсолютного нуля температуры.

В конце 18-го века Б. Румфорд (амер.), наблюдая сверление стволов пушек, обратил внимание на то, что за счет совершения механической работы выделяется неограниченное количество теплоты без поступления извне. Он также считал, что теплота связана с движением частиц.

В начале 19-го века Р. Броун (шотл.) открыл хаотическое движение мелких частиц в жидкости («броуновское движение»), С. Карно (фр.) разработал теорию тепловых машин. В 1842-47 гг. Ю. Майер (нем.), Дж. Джоуль (англ.), Г. Гельмгольц (нем.) открыли закон сохранения энергии, определили механический эквивалент теплоты. Эти открытия утверждали атомизм и теорию теплоты, как формы движения частиц вещества. Вторая половина 19-го века – период быстрого развития молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Большую роль в развитие этих разделов сыграли Л. Больцман (австр.), У. Томсон (англ.), Дж. Джоуль, Р. Клаузиус (нем.), Дж.К. Максвелл (англ.).

Одновременно молекулярно-атомистическое учение развивалось в химии.

Во второй половине 18-го века был доказан закон сохранения массы в химических реакциях (М.В. Ломоносов, А. Лавуазье).

Антуан Лавуазье (1743-1794 гг., фр.) – один из создателей современной химии, центральная фигура революции в химии 18-го века. После того, как во второй половине 18-го века было установлено, что воздух имеет сложный состав, и был открыт кислород, Лавуазье решил важнейшую проблему химии того времени – проблему горения. Он разрушил флогистонную теорию и экспериментально доказал, что горение есть процесс окисления, то есть соединения с кислородом. Он же показал, что жизнедеятельность организмов подобна горению, то есть связана с окислением веществ и выделением теплоты.

Суть совершенного Лавуазье переворота в химии: казавшиеся хаотическими химические явления можно систематизировать и спрогнозировать, если рассматривать различные вещества как соединения ограниченного числа элементов, а химические реакции - как изменения сочетаний этих элементов в веществах. Лавуазье систематически использовал в своих опытах количественные измерения; начиная с него, химия превращается из науки качественной в количественную, из описательной в аналитическую.

К уже известному списку элементов (ряд металлов, углерод, сера и фосфор) Лавуазье добавил кислород и азот. Разработал новую, ставшую основой современной, номенклатуру веществ, введя три основных класса соединений: кислоты, основания, соли. Введенные им новые названия веществ имели не случайный характер, как в алхимии («винный камень», «свинцовый сахар» и т.п.), а отражали функцию и состав вещества: оксид калия, хлорид натрия и т.д.

Дж. Дальтон (англ.) в начале 19-го века, изучая окислы азота N₂O,NO,N₂O₃,NO₂,N₂O₅, открыл закон кратных отношений (количества кислорода, приходящиеся на равное количество азота, соотносятся как 1:2:3:4:5) и истолковал его с позиций атомизма, как свидетельство способности атомов одного элемента соединяться с определенным числом атомов другого элемента. В 1803 г. Дальтон ввел понятие атомного веса, приняв за единицу вес атома водорода.

Многое для внедрения атомистики в химию сделал Й.Я. Берцелиус (шв.). В начале 19-го века он определил атомные веса 46 известных в то время элементов, состав примерно 2000 соединений, предложил современные обозначения элементов (O,H,C,Feи т.д.), выдвинул гипотезу об электрической природе химической связи.

В первой половине 19-го века А. Авогадро (итал.) четко разграничил понятия атома и молекулы, на основе открытого им «закона Авогадро» разработал способ определения молекулярных весов веществ, определил число частиц в одном моле вещества («число Авогадро»).

В 1860 г. на 1-ом Международном конгрессе химиков молекулярно-атомистическое учение было официально признано научным сообществом.

С 18-го века начинается систематическое изучение электрических и магнитных явлений. В первой половине 18-го века С. Грей (англ.) открыл электропроводность, разделил вещества на проводники и изоляторы (диэлектрики). Б. Франклин (амер., один из авторов «Декларации независимости») создал конденсатор, изобрел молниеотвод, разработал «унитарную теорию» электричества, по которой положительный или отрицательный заряд тел объясняется избытком или недостатком в этих телах особой «электрической жидкости», а электрический ток есть движение этой жидкости (эта теория – пример вышеуказанных заблуждений, связанных с «открытием» фантастических веществ).

В конце 18-го – начале 19-го веков были открыты основной закон электростатики (Ш. Кулон, фр., 1785 г.) и закон Ома (Г. Ом, нем., 1826-27 гг.). Обнаружение влияния электрического поля на магнит (Х. Эрстед, дат., 1820 г.) привело к возникновению новой области физики – электромагнетизма.

Огромное значение для физики и естествознания в целом имеют работы гениального ученого Майкла Фарадея (1791-1861 гг., англ.). В 1831-35 гг. он открыл и изучил явление электромагнитной индукции, лежащее в основе всей современной электротехники. Фарадей открыл законы электролиза, диамагнетизм и парамагнетизм, обнаружил первый полупроводниковый материал, экспериментально доказал закон сохранения электрического заряда, открыл вращение плоскости поляризации света в магнитном поле («эффект Фарадея»), чем положил начало магнитооптике, ввел понятия «электрод», «анод», «катод», «электролиз», постулировал существование ионов, создал прообраз электродвигателя.

Фарадей ввел в науку понятие поля (магнитного и электрического) как посредника, с помощью которого осуществляется взаимодействие тел. А. Эйнштейн считал гениальную идею Фарадея о существовании поля самым важным открытием со времен Ньютона. Концепция полевого взаимодействия является сейчас одной из основ всего естествознания. Она существенно изменила физическую картину мира:

- во-первых, расширилось представление о материи: кроме привычной формы существования материи – вещества, обнаружилась иная форма – поле;

- во-вторых, выявилось диалектическое единство и противоположность дискретности и континуальности материи: материя в форме вещества (частиц) дискретна, то есть ограничена, локализована в пространстве, в форме поля – континуальна, то есть непрерывна, протяженна;

- в-третьих, ньютоновская концепция дальнодействия сменилась концепцией близкодействия: взаимодействие осуществляется через материального посредника - поле и распространяется с ограниченной скоростью.

Сам Фарадей несколько утрировал идею поля, доводя ее до отрицания существования атомов и пустоты между ними, считая атомы сгустками поля.

Гениальный теоретик Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879 гг., англ.) развил идеи Фарадея, обобщил и дополнил известные законы электричества и магнетизма и создал в 1855-65 гг. единую полевую теорию электромагнетизма, являющуюся наряду с ньютоновской механикой основой классической электродинамической картины мира.

Основные положения максвелловской теории электромагнетизма:

- существует особая форма материи - электромагнитное поле – совокупность электрического и магнитного полей;

- электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, могут порождать друг друга;

- все электрические и магнитные явления описываются четырьмя знаменитыми уравнениями Максвелла с добавлением ряда вспомогательных уравнений;

- из уравнений Максвелла следует существование электромагнитных волн, а также следует, что свет есть электромагнитная волна.

Открытия Фарадея и теория Максвелла особенно важны потому, что они вскрыли единую природу различных, ранее казавшихся невзаимосвязанными явлений: электрических и магнитных, электромагнитных и оптических. Огромное множество различных фактов, явлений и свойств оказались взаимообусловленными, подчиняющимися единым общим законам. Открытия Фарадея и теория Максвелла продемонстрировали единство Природы и послужили воодушевляющим примером для многих поколений исследователей, пытающихся установить самые фундаментальные, базовые законы устройства мира (пример современных исследований в этом направлении – многолетние, начавшиеся с Эйнштейна, попытки создать единую теорию поля, то есть единую теорию всех физических взаимодействий).

Парадоксальным было развитие оптики в 18-19 веках. Оно происходило под знаком борьбы двух концепций по вопросу о природе света – волновой и корпускулярной.

До второй половины 17-го века развивалась в основном геометрическая оптика (законы отражения и преломления, построение оптических систем), не затрагивавшая вопрос о природе света.

И. Ньютон (вторая половина 17-го века) придерживался корпускулярной теории (свет есть поток частиц – «корпускул») и объяснил на ее основе ряд оптических явлений.

В то же время Х. Гюйгенс (голл., основной труд – «Трактат о свете», 1690 г.) выдвинул волновую эфирную теорию света, согласно которой свет есть волновое движение, распространяющееся в эфире – особой среде, заполняющей все пространство. На основе этой теории (в частности, известного «принципа Гюйгенса») также было дано объяснение ряду оптических явлений.

Тогда же, как отмечалось выше, О. Рёмер установил, что свет имеет огромную скорость распространения (~200 000 км/с по данным Рёмера).

До начала 19-го века преобладала корпускулярная теория так как:

- личный авторитет Ньютона был огромен, и в науке господствовала механистическая концепция;

- эфирная гипотеза представлялась очень сомнительной: эфир, с одной стороны, должен быть неощутим и всепроникающ, с другой стороны – иметь огромную упругость, иначе скорость света не была бы столь велика.

Но в начале 19-го века развернулись активные исследования явлений, в которых свет проявлял себя как волна: интерференции, дифракции, поляризации. Корпускулярная теория объяснить эти явления не могла, стала преобладать волновая эфирная теория. Важнейшие результаты в оптике этого периода принадлежат О. Френелю (фр.), Т. Юнгу (англ.), Д. Араго (фр.), Й. Фраунгоферу (нем.) и другим ученым.

Волновые представления о природе света еще более укрепились, испытав качественные изменения, после создания Максвеллом теории электромагнетизма и предсказания им электромагнитных волн. Самое слабое место волновой теории – гипотеза эфира – было устранено. Общепризнанной стала волновая электромагнитная теория света. Она объясняла все известные в то время оптические явления; предсказанная теорией Максвелла скорость распространения электромагнитных волн в точности совпала с измеренной более совершенными методами скоростью света; сам факт существования электромагнитных волн экспериментально подтвердил Генрих Герц (нем.).

Однако тот же Герц открыл в конце 19-го века внешний фотоэффект. Установленные вскоре законы внешнего фотоэффекта, а также законы теплового излучения нагретых тел оказались необъяснимы волновой теорией. Это и ряд других фактов к концу 19-го века поставили под сомнение основы казавшейся завершенной к тому времени классической физики, вызвали кризис в науке и привели к революции в физике начала 20-го века, после которой началось стремительное развитие современной физики и естествознания в целом.

Вторая половина 19-го века отмечена рядом других крупных событий в физике, важнейшие из которых:

- разработка молекулярно-кинетической теории (Людвиг Больцман, Дж. Максвелл, голл. И. Ван дер Ваальс );

- открытие второго начала термодинамики (Р. Клаузиус, У. Томсон (Кельвин)), предсказание «тепловой смерти Вселенной», введение понятия энтропии (Р. Клаузиус, Л. Больцман) и установление принципа возрастания энтропии;

- возникновение химической термодинамики (Дж. Гиббс, амер.);

- открытие электромагнитных волн и внешнего фотоэффекта (1887-88 гг., Г. Герц);

- открытие рентгеновских лучей (1895 г., Вильгельм Рентген, нем., за это открытие удостоен в 1901 г. первой Нобелевской премии по физике);

- открытие радиоактивности (1896 г., Анри Беккерель, фр., Нобелевская премия 1903 г.);

- открытие первой элементарной частицы – электрона (1897 г., Дж.Дж. Томсон, англ.).

К концу 19-го века сложилась так называемая классическая физика, основными составными частями которой являлись:

- классическая (ньютоновская) механика;

- молекулярно-кинетическая теория и термодинамика;

- электромагнетизм, базирующийся на теории Максвелла;

- геометрическая и волновая оптика.

Как отмечено выше, в этот период создание концептуальной базы физики казалось завершенным, однако, как вскоре обнаружилось, классическая физика была лишь предисловием к физике современной.

В 19 веке на основе молекулярно-атомистического учения быстро прогрессировала химия. В середине 19-го века Ф.А. Кекуле (нем.) четко сформулировал понятие валентности как способности атомов некоторого элемента соединяться с определенным числом других атомов.

В 1861 г. Александр Михайлович Бутлеров (росс.) предложил теорию химического строения, основная идея которой такова: свойства вещества зависят не только от его состава, но и от строения, то есть последовательности расположения атомов в молекуле, их взаимного влияния, характера связей. Эта теория дала возможность изображать и анализировать структурные фор-

мулы молекул веществ, например, H – Cl, , объяснять свойства

известных веществ и прогнозировать способы синтеза и свойства новых веществ, объяснила изомерию, то есть различие свойств веществ с одинаковым составом, но различным расположением атомов в молекулах.

Предметом исследования химии становится не только состав, но и структура молекул вещества. В то же время химия из науки преимущественно аналитической становится наукой преимущественно синтетической – на первый план выдвигаются проблемы, связанные с синтезом новых веществ с нужными качествами. Зарождается химическая кинетика – наука о скоростях химических реакций и факторах, способствующих ускорению или замедлению их протекания.

Особое положение занимал вопрос о возможности искусственного получения органических веществ, каковыми в то время считали только вещества - продукты жизнедеятельности живых организмов. Долгое время синтезировать органические вещества в лабораторных условиях не удавалось. Возникла концепция витализма (один из ее создателей - Й. Берцелиус), по которой в живых организмах присутствует некая «жизненная сила» (лат. vis vitalis), позволяющая вырабатывать органические вещества. В более широком плане концепция витализма подразумевала, что законы живой и неживой природы различны. Это противоречит фундаментальному принципу современного естествознания – принципу единства Природы, то есть справедливости известных законов во всей Вселенной и во всех природных процессах и явлениях.

Но в первой половине 19-го века Ф. Вёлер (нем.) синтезировал вначале органическое вещество растительного происхождения – щавелевую кислоту, а затем вещество животного происхождения – мочевину (карбамид), и концепция витализма была устранена из органической химии. Было синтезировано и изучено огромное количество органических веществ, в том числе – отсутствующие в живой природе.

Огромное значение для химии и всего естествознания в целом имело открытие в 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодического закона. Этот закон привел в систему массив ранее казавшихся хаотическими данных об известных к тому времени 63 элементах, позволил уточнить ряд свойств известных элементов и предсказать существование и даже характеристики новых, ранее неизвестных. Периодический закон Менделеева – одна из предпосылок создания современной теории строения атомов.

И в те времена и сейчас прогресс химии во многом обуславливается внедрением математических методов и связью с другими естественными науками: биологией, минералогией и, в особенности, - с физикой. На этой базе сформировались такие комплексные науки, как физическая химия, биохимия, агрохимия, геохимия, астрохимия. Перечислим некоторые достижения химии 19-го века, к которым в той или иной степени была причастна физика:

- открытие и практическое освоение электролиза (открыт М. Фарадеем) и гальванопластики – метода получения металлических рельефных изделий путем осаждения металла на электрод-форму при пропускании тока через электролит (открыта росс. физиком Б.С. Якоби);

- возникновение электрохимии (у истоков стояли итал. физики Л. Гальвани и А. Вольта);

- открытие и внедрение в практику спектрального анализа (Й. Фраунгофер, нем. химик Р. Бунзен, нем. физик Г. Кирхгоф);

- становление термохимии – науки о тепловых эффектах химических реакций (Г.И. Гесс, росс.) и фотохимии – науки о влиянии света на химические процессы;

- возникновение химической термодинамики (Дж. Гиббс, амер.);

- создание теории электролитической диссоциации (шв. С. Аррениус, нем. В. Оствальд);

- становление химической кинетики – учения о скоростях химических реакций (Я. Вант-Гофф. голл.);

- открытие катализа – изменения скоростей химических реакций в присутствии некоторых веществ и разработка его теории (В. Оствальд).

2.6. Развитие биологии в 18-19 веках

В этот период был накоплен огромный фактический материал о живой природе в преимущественно эмпирических биологических науках: зоологии, ботанике, анатомии и т.п. В концептуальном же плане главным в развитии биологии, начиная с 18-го века и по настоящее время, является зарождение, становление и расцвет эволюционного учения и связанной с ним генетики – то есть учения об эволюции (постепенном изменении) живой природы, механизмах изменчивости и наследственности живых организмов.

До 18-го века господствовало религиозное представление о неизменности видов растений и животных, существующих на Земле со времени создания их Богом. В 18 веке началось становление научной биологии; виднейшими ее представителями в этом веке были Ж. Бюффон и К. Линней.

Жорж Бюффон (фр.) – автор 36-томной «Естественной истории», один из создателей концепции трансформизма, которая допускала ограниченную изменчивость видов растений и животных и происхождение нескольких близкородственных видов от одного общего предка. Причиной трансформаций это учение считало влияние окружающей среды. Концепция трансформизма – предшественница эволюционного учения, в ней содержались правильные идеи о влиянии внешней среды и о единстве живой природы.

Карл Линней (шв.) – «великий систематизатор Природы», автор «Системы природы» (1735 г.). В основу своей классификации растений К. Линней положил принцип сходства по некоторым формальным признакам («искусственная систематизация»). Все царство растений он разделил на 24 класса в зависимости от наличия и строения цветков (числа, формы и расположения тычинок). Такой принцип классификации не был вполне удовлетворительным, так как приводил к объединению в одном классе весьма далеких видов. Так, к 21-му классу были отнесены ряска, осока, крапива, береза, дуб и даже ель и сосна. При этом родственные растения, такие как брусника и черника, оказывались в разных классах.

Сам Линней осознавал недостатки искусственной классификации и писал о необходимости поисков «естественной» системы, отражающей «природу самого растения». Как стало ясно позднее, естественная система должна быть основана на установлении общих предков родственных видов и должна отражать историю эволюции природы. Таким образом, попытки систематизировать живые организмы также способствовали становлению эволюционного учения.

Линней ввел в научный обиход используемую до сих пор (с некоторыми добавлениями) последовательность разделения царств животных и растений на классы – отряды – роды – виды, предложил бинарную номенклатуру – наименование видов сочетанием двух латинских слов-обозначений: родового и видового. Пример: «homo sapiens», где homo - обозначение рода «человек», sapiens – обозначение вида «разумный». Пример русскоязычной бинарной номенклатуры: синица большая, синица синяя, синица болотная, синица черная и т.д.

Система Линнея включала примерно 4 000 видов животных и 10 000 видов растений. Человек был также включен в эту систему, составляя вместе с обезьянами отряд приматов, возглавляющий класс млекопитающих.

В этот период возникновению идей эволюционизма способствовали также находки ископаемых останков вымерших растений и животных, выведение новых сортов культурных растений и пород домашних животных, открытие путешественниками новых видов живых организмов.

Непосредственный предшественник современного эволюционного учения (дарвинизма) – Жан Батист Ламарк (фр.), главное сочинение которого – «Философия зоологии» (1809 г.). Основные положения учения Ламарка (ламаркизма):

- существующие виды животных и растений не были созданы в современном виде, а развились в ходе эволюции;

- предшественники современных видов были более простыми;

- причина эволюции природы – неотъемлемое внутреннее свойство живых организмов – стремление к прогрессу, к развитию (это положение не разделяется современной наукой);

- направление развития определяется внешней средой, а также соответствующим среде образом жизни. Лучше развиваются те органы, которые оказываются постоянно нагруженными: ноги у лошади, хватательные конечности у животных, лазающих по деревьям и т.п., - причем обусловленные средой и образом жизни изменения передаются по наследству. (Современная наука не признает наследственной передачи признаков, приобретенных под влиянием среды и образа жизни, считая, что внешняя среда влияет на направление эволюционирования через естественный отбор особей, генетически изменившихся – мутировавших – в благоприятном направлении).

По вопросу о темпах и механизмах изменения живой и неживой природы на Земле сложились два взгляда.

Жорж Кювье (фр.), создатель палеонтологии – науки об ископаемых организмах и истории жизни на Земле, был крупнейшим представителем концепции катастрофизма, заключающейся в следующем:

- в течение долгих периодов виды живых организмов неизменны;

- смена видов – результат геологических катастроф планетарного масштаба, время от времени происходящих на Земле;

- переходных форм от древних видов к современным нет;

- возникновение после катастроф новых видов, более сложных и совершенных, - результат действия «творящей силы» нематериальной природы.

Этой концепции противостоял униформизм (актуализм). Это учение разработал англ. геолог Чарльз Лайель, его разделял М.В. Ломоносов. Основные положения униформизма:

- преемственность прошлого и настоящего, единообразие и постоянство современных и древних геологических процессов;

- отсутствие скачкообразных изменений в истории Земли;

- суммирование мелких изменений в живой и неживой природе в течение громадных периодов;

- отрицание прогресса в развитии, обратимость и цикличность происходящих изменений.

Современное естествознание считает, что изменение живой природы на Земле в целом направлено на усложнение организмов, возникновение качественно новых, более совершенных форм. В вопросе о темпах эволюции признано как наличие длительных периодов медленного накопления небольших изменений, так и периодов ускоренной эволюции, в том числе – обусловленных глобальными катаклизмами. Последние могут быть вызваны как земными причинами: вулканической и сейсмической активностью, изменением состава атмосферы и т.д., - так и внепланетными, например, изменением солнечной активности. Пример внешнего воздействия на Землю – «катастрофа М/К» – столкновение с массивным телом на границе мезозоя и кайнозоя примерно 65-70 миллионов лет назад, вызвавшее быстрое изменение климата, животного и растительного мира (вероятно – вымирание динозавров).

Основоположником современного эволюционного учения (дарвинизма), признаваемого сейчас большинством научного сообщества, был великий англ. ученый Чарльз Дарвин (1809-1882 гг.). В своем основном сочинении «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1869 г.) он описал открытый им механизм изменчивости видов и выделения наиболее жизнеспособных. По Дарвину изменчивость отдельных особей бывает двух типов:

- «определенная изменчивость» всех особей данного вида под действием одинаковых условий, не передающаяся по наследству (по современной терминологии – «адаптационная изменчивость»);

- «неопределенная изменчивость» (по-современному – мутации) – случайные, хаотические изменения отдельных особей, передающиеся по наследству.

Для объяснения сохранения особей с благоприятными мутациями Дарвин ввел понятия «борьба за существование» и «естественный отбор».

Он открыл ряд доказательств эволюционизма: палеонтологические свидетельства, ускоренную эволюцию окультуренных животных и растений, наблюдения за природой во время путешествий.

Во второй половине 19-го века дарвинизм быстро развивался в борьбе с противостоящими ему учениями (особое возражение с их стороны вызывало одно из положений дарвинизма – о появлении человека путем эволюции животных, конкретнее, - о происхождении человека от обезьян). Видные дарвинисты этого периода – А. Уоллес (англ.), Э. Геккель (нем.), А.О. Ковалевский и В.О. Ковалевский (росс.). Сформировалось филогенетическое направление, устанавливающее родственные связи различных видов, их общих предков, изучающее происхождение и развитие отдельных органов, разрабатывающее естественную классификацию живых организмов. Был открыт биогенетический закон: человек в своем развитии из зародыша проходит различные стадии эволюции животного мира (Э. Геккель).

Создание эволюционного учения дополнялось другими важными достижениями биологии.

Клетки были открыты еще в 17-ом веке (Р. Гук, М. Мальпиги), но лишь в 19-ом веке развернулось глубокое изучение их строения и функционирования, была установлена всеобщность клеточного строения, то есть структурное единство живой природы на Земле. Возникновение в 30-х годах 19-го века науки о клетках – цитологии – связывают с именами нем. ученых Т. Шванна и М. Шлейдена.

В 1796 г. Э. Дженнер (англ.) открыл вакцинацию – способ борьбы с болезнями путем прививок. Он разработал метод прививок от оспы и внедрил его в практику, хотя и не смог дать ему научного объяснения.

Это сделал великий фр. ученый – физик, химик, биолог – Луи Пастер – создатель микробиологии – науки о микроорганизмах. Его достижения:

- он доказал, что брожение есть не химический процесс, а биохимический, связанный с жизнедеятельностью организмов;

- доказал, что источник заразных болезней – болезнетворные микробы;

- обосновал метод вакцинации, создал вакцины против сибирской язвы и бешенства;

- доказал, что жизнь не может за исторически краткий срок возникнуть из неживой природы;

- разработал способ уничтожения микроорганизмов («пастеризацию»).

В 80-е годы 19-го века Илья Ильич Мечников заложил основы иммунологии – науки об иммунитете, то есть о механизме борьбы организмов с чужеродными клетками. И.И.Мечников – второй российский нобелевский лауреат (премия по биологии 1908 г.). Он установил, что в живом организме существуют особые клетки-уничтожители (фагоциты) и при вторжении чужеродных клеток число фагоцитов резко возрастает, а также открыл, что в человеке фагоцитами являются белые кровяные тельца (лейкоциты).

Климент Аркадьевич Тимирязев начал изучение фотосинтеза, то есть синтеза сложных органических веществ в растениях при действии света.

Иван Михайлович Сеченов во второй половине 19-го века одним из первых начал изучение механизмов нервной деятельности своими исследованиями рефлексов (реакций) организма на внешние раздражители. Он обнаружил, что основой нервной деятельности является передача сигналов от чувствительных клеток (рецепторов) по нервам к спинному или к головному мозгу и затем обратно к мышцам, реагирующим на раздражения, и что нервная деятельность складывается из процессов возбуждения и торможения.

Иван Петрович Павлов – первый российский нобелевский лауреат (премия 1904 г. по биологии) – основатель учения о высшей нервной деятельности. Заслуга И.П. Павлова – в создании учения об условных рефлексах, о второй сигнальной системе, связанной с речью, о роли возбуждения и торможения, о сне.

Началось развитие научной психиатрии и психологии. Зигмунд Фрейд (австр.) приступил к разработке психоанализа – учения, в основе которого лежит мысль о том, что бессознательные инстинкты, сформировавшиеся в первобытные времена, во многом определяют сознательную деятельность человека, его культуру в целом.

Зарождалась генетика – наука о законах и механизмах изменчивости и наследственности. В 1866 г. Грегор Мендель (австр.) в малоизвестном журнале опубликовал не вызвавшую в то время интереса статью с изложением открытых им эмпирических законов наследования: закона расщепления и закона независимого распределения. В конце 19-го века были исследованы процессы деления клеток и разделения хромосом. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты, началось быстрое развитие генетики.

2.7. Естествознание в 20-21 веках

Основные достижения естествознания последнего века будут описаны в последующих главах, здесь же будет дана общая краткая характеристика развития естествознания в течение последнего столетия.

В 20-ом веке наука стала одним из важнейших факторов экономического и социального прогресса, приобрела большое политическое значение благодаря своему влиянию на экономический и военный потенциал государств. Сейчас развитие науки – один из важнейших национальных приоритетов. Никогда прежде в развитие науки (естествознания) и наукоемких технологий не вкладывалась столь значительная доля экономических и интеллектуальных ресурсов государств, в первую очередь – государств – лидеров цивилизации. Возросло и гуманитарное, культурологическое значение естествознания.

Единого параметра, характеризующего уровень развития науки, не существует; используются такие количественные параметры как объем финансирования научных исследований, численность научных сотрудников, количество научных публикаций, экономический эффект от внедрения разработок, число нобелевских лауреатов в той или иной стране и т.д.

Подмечено, что в течение последних 300 лет рост общемировых количественных показателей научной деятельности составляет довольно стабильную величину – 5-7% в год. То есть примерно каждые 15 лет количественные показатели науки увеличиваются в раз (=2,72 – основание натурального логарифма). Такая зависимость получила название закона экспоненциального роста науки в современный период.

В настоящее время число действующих ученых составляет около 90 % от числа всех ученых за историю человечества. К примеру, в России в 1913 году было около 12 тысяч ученых, в период расцвета СССР в 1976 г. – 1,2 млн.

Развитие науки в 20-ом веке имело и качественные особенности.

Происходила дифференциация наук, то есть их разделение на узкие специальности, что сочеталось с интегрированием, то есть взаимопроникновением, объединением, в первую очередь – с проникновением физических методов в другие естественные науки.

Возникли и получили быстрое развитие новые научные направления на стыке классических наук: физическая химия и химическая физика, биофизика и молекулярная биология, геофизика, геохимия, астрофизика, астрохимия и т.д.

Появились принципиально новые науки, опирающиеся на достижения всего естествознания, а зачастую – и гуманитарных наук, и имеющие очень широкую область применения:

- кибернетика – наука о связи и управлении в живых существах и механизмах;

- информатика – наука о способах получения, передачи, хранения и переработки информации;

- синергетика – наука о самоорганизации и саморазвитии сложных систем: физических, химических, биологических, экологических;

- экология (в том числе – социальная экология) – наука об отношениях биологических сообществ с физико-географической средой и о месте человека в развитии природы.

Значительно возросла роль математических методов, они проникли во все естествознание. Особенно стремительно и эффективно в последние десятилетия развивались компьютерные методы хранения, обработки и передачи информации, моделирования природных явлений.

Организация научных исследований была направлена на достижение оптимального соотношения фундаментальных и прикладных исследований, сокращение сроков и повышение эффективности внедрения научных результатов в практику, сочетание научных поисков с инженерной проектно-конструкторской и производственной деятельностью. Символом научно-технического прогресса стали наукограды и целые регионы, в которых размещены рядом и тесно кооперированы научные и производственные учреждения: города Зеленоград, Обнинск в России, Silicon Valley в США и т.п. Велись поиски новых форм организации науки как в государственном, так и в частном секторе.

Происходила интернационализация и глобализация науки, расширялись международные образовательные и научные контакты, возникли глобальные системы информационных технологий, в первую очередь - Интернет, расширялось сотрудничество государств в решении самых крупных научно-технических проблем. Примерами успешного международного научного сотрудничества являются реализация ряда космических программ, работа по программе «Геном человека», совместные проекты по проблеме управляемого термоядерного синтеза.

В физике в начале 20-го века произошла революция, главными результатами которой стали создание теории относительности Альберта Эйнштейна и квантовой механики, формирование квантово-релятивистской парадигмы. На основе квантовой механики сформировалась квантовая физика - современная физика микромира.

К другим выдающимся достижениям физики 20-го века можно отнести:

- развитие ядерной физики и физики элементарных частиц, использование атомной энергии и радиационных технологий;

- успехи физики твердого тела (полупроводники и полупроводниковые приборы, сверхпроводимость, магнитные материалы);

- возникновение и стремительное развитие радиофизики и электроники – физической основы радио и телевидения, основы создания различной электронной аппаратуры, развития компьютерных и информационных технологий, лазерных технологий;

- успехи в астрофизике: теория эволюции Вселенной, концепция Большого Взрыва, открытие ряда экзотических астрономических объектов (пульсаров, квазаров, «черных дыр»).

Задачи современной физики:

- в физике микромира – создание единой теории всех фундаментальных физических взаимодействий (теории Великого Объединения, теории супергравитации) и на ее основе теории элементарных частиц, как основы теории материи;

- в астрофизике – изучение эволюции Вселенной на ранних стадиях развития, эволюции звезд, исследования состояния материи в экстремальных условиях: в нейтронных звездах и в «черных дырах», исследования природы квазаров, взрывов Сверхновых. При этом исследования в астрофизике (Мегамир) и в физике элементарных частиц (микромир) тесно взаимосвязаны;

- в физике атомного ядра – создание полной теории ядра, получение сверхтяжелых ядер, в том числе – предположительно стабильных ядер элементов с номерами 114 и126, решение проблемы управляемого термоядерного синтеза (с помощью магнитного удержания высокотемпературной плазмы или с помощью лазерного воздействия);

- в физике плазмы – решение проблемы получения и удержания высокотемпературной плазмы (при температуре 10⁹ К);

- в квантовой электронике – создание рентгеновских и гамма-лазеров, применение лазеров в технике, медицине, телекоммуникациях;

- в физике твердого тела – получение высокотемпературной сверхпроводимости, миниатюризация, повышение надежности и быстродействия полупроводниковых приборов, получение новых материалов с уникальными качествами, в том числе с использованием сверхвысоких давлений, сверхнизких температур (твердый водород), других экстремальных воздействий.

Актуальным и перспективным новым направлением на стыке физики, других естественных наук и техники является нанотехнология - разработка микроскопических устройств размером порядка нанометра (~10^-9 м), соизмеримых со средними молекулами, и процессов с использованием таких устройств в микроэлектронике, информационных технологиях, медицине и т.д.

Важнейшими достижениями химии 20-го века являются:

- разработка на основе квантовой физики теории строения атомов и молекул, теории химической связи;

- прогресс в исследованиях кинетики химических реакций, в том числе цепных и колебательных, каталитических реакций, в том числе – автокаталитических;

- широкое внедрение в химию физических методов исследования: спектрального анализа в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом и радиодиапазонах, спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа, масс-спектрометрии, ядерной спектрометрии, радиоизотопных методов, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса и др.;

- синтез огромного количества как ранее известных, так и новых веществ, в том числе синтез с использованием новых методов: сверхвысоких и сверхнизких температур, высоких давлений, ионизирующих излучений и света, ультразвука и ударных волн. Важными вехами в развитии синтеза явились синтез каучука (1926-30 гг., С.В. Лебедев, сов.), создание нейлона (1936 г.) и тефлона (1938 г.), получение искусственных алмазов (1955 г.), получение искусственного инсулина (1963 г.), синтез гена (1976 г.).

Задачи химии на современном этапе:

- разработка теории, описывающей связь строения веществ с их физико-химическими свойствами и реакционной способностью;

- разработка новых методов анализа веществ, в первую очередь - высокомолекулярных биологических соединений;

- создание новых методов синтеза веществ, в том числе – сложных биологических соединений;

- развитие методов генной инженерии;

- повышение эффективности и экологичности химических производств.

Очень успешно в 20-ом веке развивалась биология, что выдвинуло ее, начиная с середины века, в лидеры естествознания. В 20-ом веке в биологии произошла революция, суть которой в переходе при изучении биологических процессов на молекулярный уровень, соединении теории эволюции и генетики, быстром внедрении новейших достижений в практику (медицину, сельское хозяйство, природоохранные мероприятия).

К основным достижениям биологии в 20-ом веке можно отнести:

- развитие генетики от открытия эмпирических законов наследственности до выяснения молекулярных механизмов наследственности и изменчивости и начала работ по управлению этими процессами;

- выяснение химико-биологических механизмов обмена веществ, в том числе – фотосинтеза, установление важнейшей роли биологических катализаторов – ферментов;

- выяснение причин многих болезней, природы иммунитета, разработка новых методов профилактики и лечения;

- успешное продвижение в изучении материальной природы нервной, в том числе – высшей нервной, деятельности, физико-химических механизмов восприятия информации, памяти, мышления;

- исследования возникновения и эволюции жизни на Земле, возникновения человека;

- формирование экологического мировоззрения.

Задача биологии на современном этапе – развитие исследований по всем вышеуказанным направлениям.

Российские (советские) ученые – лауреаты Нобелевских премий по естественным наукам

По физике:

1958 г. – П.А. Черенков, И.Е. Тамм, И.М. Франк – за открытие и объяснение эффекта Вавилова - Черенкова;

1962 г. – Л.Д. Ландау – за основополагающие исследования по теории конденсированных сред, особенно жидкого гелия;

1964 г. – Н.Г. Басов, А.М. Прохоров (совместно с амер. ученым Ч. Таунсом) – за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей нового типа – мазеров и лазеров;

1978 г. – П.Л. Капица – за фундаментальные открытия и изобретения в области физики низких температур;

2000 г. – Ж.И. Алфёров (совместно с амер. ученым Г. Крёмером) – за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптической электроники.

2003 г. – А.А. Абрикосов, В.Л. Гинзбург (совместно с англ.-амер. ученым Э. Леггетом) - за создание теории сверхпроводимости второго рода и теории сверхтекучести жидкого гелия-3.

2010 г. – А.К. Гейм (Нидерланды, образование – СССР), К.С. Новоселов (Великобритания-Россия, образование – СССР) - за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена.

По химии:

1956 г. – Н.Н. Семёнов (совместно с англ. ученым С. Хиншелвудом) – за исследование в области механизма химических реакций.

По биологии:

1904 г. – И.П. Павлов – за работу по физиологии пищеварения, благодаря которой было сформировано более ясное понимание жизненно важных аспектов этого вопроса;

1908 – И.И. Мечников (совместно с нем. ученым П. Эрлихом) – за труды по иммунитету.