Лекция № 3. Современная естественно-научная картина мира. Основные физические концепции в естествознании.

1. Общие особенности современной естественно-научной картины мира

Развитие взглядов на физическую картину мира.

Под картиной мира понимается система важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего мира. С развитием науки появляются новые теории, открываются новые законы. Естественно те теории, которые господствуют в определенный исторический период, формируют физическую картину мира.

До 19 в. существовала физическая картина мира основанная на классической физике. В основе ее лежали законы движения, которым подчинялись все физические тела вокруг и небесные тела. Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления для решения этих задач: мгновенная скорость определялась как первая производная пути по времени, ускорение — как первая производная от скорости по времени или вторая производная пути по времени. Благодаря этому были сформулированы законы динамики и закон всемирного тяготения. Эти законы проверялись экспериментально. Таким образом, в тот период в основе изучения природы лежали основные законы механики сформулированные Ньютоном.

Такая картина мира давала представление о действующих на тела силах, но не уточняло причину. Например, — «сила притяжения пропорциональна массам тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния», но причины тяготения этим законом не устанавливались.

Электродинамика дополнила существующую картину мира, установив зависимость между электрическими и магнитными явлениями. Ученые 19 в. обнаружили, что магнитная стрелка отклоняется над проводником с током, во вращающемся в магнитном поле замкнутом контуре возникает ток. Было показано, что существуют не только тела, но и поля (гравитационные, электромагнитные). После того как объектом изучения стали не только тела, но и поля, картина мира приобрела более сложный характер и стала называться электромагнитной (или полевой) картиной мира.

В конце 19-20 вв. были сделаны крупные открытия, коренным образом изменившие физическую картину мира. Прежде всего, это открытия строения вещества, взаимодействия поля и вещества и законов микромира. Оказалось, что атом состоит из элементарных частиц, которые подчиняются законам не классической физики, а квантовой механики и статистической физики. Кроме того, было обнаружено, что элементарные частицы обладают не только корпускулярными свойствами, но и волновыми. Так было установлено, что между веществом и полем нет непроходимой границы. Для объяснения процессов микромира была создана квантовая механика. Квантовая механика не дает однозначных ответов, а определяет лишь вероятность того или иного результата. Ее главное открытие — вероятностный характер предсказаний. Например, вероятность нахождения электрона в определенном месте равняется квадрату модуля волновой функции, которая описывает волновые свойства частиц. Статистическая физика изучает свойства сложных систем и связь со свойствами отдельных частиц. В ней используются методы рассматривающие распределение частиц по скоростям с помощью функций распределения, которая определяет вероятность определенной скорости для частицы. Таким образом, с развитием науки физическая картина мира становится все сложнее и приобретает вероятностный характер. Эта картина мира – квантово-статистическая (квантово-релятивистская).

В начале 60-х годов XX в. американский ученый Томас Кун выдвинул парадигмальную концепцию развития научного познания, в соответствии с которой теория до тех пор остается приня­той научным сообществом, пока не подвергается сомнению основная па­радигма (установка, образ) научного исследования в данной области. Динамика науки была представлена Куном следующим образом:

Старая парадигма  нормальная стадия развития науки  революция в науке  новая парадигма.

Парадигмальная концепция развития научного знания затем была конкретизирована с помощью понятия «исследовательской программы» как структурной единицы более высокого порядка, чем отдельная теория. В рамках исследовательской программы и обсуж­дается вопрос об истинности научных теорий.

Естест­веннонаучная картина мира рассматривается как еще более высокая структурная единица, которая объединяет в себе наиболее су­щественные естественнонаучные представления эпохи.

Современная научная картина мира включает в себя важнейшие дости­жения науки, создающие определенное понимание мира и места человека в нем. В нее не входят более частные сведения о свойствах различных природных систем, о деталях самого по­знавательного процесса. При этом научная картина мира не является совокупностью общих знаний, она представляет це­лостную систему представлении об общих свойствах, сферах, уровнях и закономерностях природы. Научная картина мира в от­личие от строгих теорий обладает необходимой наглядностью, характеризуется сочетанием абстрактно-теоретических знаний и образов, создаваемых с помощью моделей.

Т.о., научная картина мира — это особая форма систематизации знаний об общих свойствах, сферах, уровнях и закономерностях природы, пре­имущественно качественное обобщение и мировоззренческо-методологический синтез различных научных теорий.

В основе современной научной картины мира, отражающей фундаментальные закономерности существования и развития Природы, лежат принципы системности, глобального эволюционизма, самоорганизации и историчности.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что Вселенная предстает как наиболее крупная из известных нам систем, состоящая из огромно­го множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченно­сти.

Под системой обычно понимают некое упорядоченное множество взаимо­связанных элементов. Эффект системности обнаруживается в появлении у цело­стной системы новых свойств, возникающих в результате взаимодействия эле­ментов (атомы водорода и кислорода, например, объединенные в молекулу воды, радикально меняют свои обычные свойства).

Другой важной характеристикой системной организации является иерархичность, субординация — последователь­ное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней.

Системный способ объединения элементов выражает их принципиальное единство: благодаря иерархичному включению систем разных уровней друг в друга каждый элемент любой системы оказывается связан со всеми элементами всех возможных систем. (Например, человек — биосфера — планета Земля -Солнечная система — Галактика и т. д.) Именно такой принципиально единый характер демонстрирует нам окружающий мир. Подобным образом организуются и научная картина мира, и создающее ее естествознание. Все его части ныне тес­нейшим образом взаимосвязаны — сейчас уже нет практически ни одной «чис­той» науки. Все пронизано и преобразовано физикой и химией.

Глобальный эволюционизм — это признание невозможности существова­ния Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной, кроме того, свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть истори­ческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взры­вом.

Самоорганизация — наблюдаемая способность материи к самоусложне­нию и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Механизм перехода материальных систем в более сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для систем всех уровней.

Эти принципиальные особенности современной естественно-научной картины мира и определяют в главном ее общий контур, а сам способ орга­низации разнообразного научного знания в нечто целое и последовательное.

Историчность - еще одна особенность современной научной картины мира, от­личающая ее от прежних вариантов. Современная научная картина мира порождена как предше­ствующей историей, так и специфическими социокультурными особенностями нашего времени. Развитие общества, изменение его ценностных ориентации, осознание важности исследования уникальных природных систем, в которые со­ставной частью включен и человек, меняют стратегию научного поиска, само от ношение человека к миру.

Но ведь развивается и Вселенная. Конечно, развитие общества и Вселенной осуществляется в разных темпоритмах. Однако их взаимное наложение делает идею создания окончательной, завершенной, абсолютно истинной научной кар­тины мири практически неосуществимой.

В современной естест­веннонаучной картине мира (эволюционной) имеет место саморазвитие. В этой кар­тине присутствует человек и его мысль. Она эволюционна и необра­тима. В ней естественнонаучное знание неразрывно связано с гуманитарным.