Исаак Ньютон и завершение научной революции

Природа этой силы была открыта Исааком Ньютоном, которому и удалось завершить коперниковскую революцию в науке. Он доказал существование тяготения как универсальной силы – силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. После целого ряда математических открытий, среди которых создание дифференциального и интегрального исчислений, Ньютон в 1666 г. установил, что планеты удерживаются на устойчивых орбитах с соответственными скоростями (как об этом говорит третий закон Кеплера) потому, что их притягивает к Солнцу сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца. Этому же закону подчинялись и тела, падавшие на Землю. Так, в общем виде был сформулирован закон всемирного тяготения

Кроме того, Ньютон математическим путем вывел на основании этого закона эллиптическую форму планетных орбит и перемену их скоростей, следуя определениям первого и второго законов Кеплера. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения.

Так на свет появилась первая фундаментальная физическая теория, которая до начала XX века была основой физического познания, ядром классической научной картины мира Нового времени.

Важнейшим итогом первой глобальной научной революции стало формирование классической науки Нового времени.

Классическая наука Нового времени

Понятие «классическая наука» охватывает период развития науки с XVIII в. по 20-е годы XX в., т.е. от завершения первой глобальной научной революции до появления квантово-релятивистской картины мира. Разумеется, наука XIX в. довольно сильно отличается от науки XVIII в., которую только и можно считать по-настоящему классической наукой. Тем не менее, поскольку в науке XIX в. по-прежнему действуют гносеологические предпосылки науки XVIII в., мы объединяем их в едином понятии – классическая наука. Этот этап развития науки характеризуется целым рядом специфических особенностей.

Основные черты классической науки

1. Исходной посылкой классической науки является натурализм – признание объективности существования природы, управляемой естественными, объективными закономерностями, то есть единственной подлинной реальностью признается материальный мир, существующий вне и независимо от человеческого сознания. При этом материальность понимается только как вещественность.( обратим на это внимание!)

2. Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась и как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические и социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

3. Рассмотрение природы как из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе, неразвивающегося целого формировало метафизичность классической науки. Это приводило к тому, что каждый предмет или явление рассматривался отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.

4. Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, и в биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Жизнь и живое стали такими же элементами в мире-механизме, как предметы и явления неживой природы.

Наука XVIII века

Перечисленные предпосылки классической науки отчетливо отразились в тех теориях и концепциях, которые были сформулированы в классическом естествознании XVIII века.

Так, в физике особенно быстрыми темпами развивалась механика.

Механика – наука, изучающая перемещение в пространстве и равновесие материальных тел под действием сил.

Основные методы механики распространялись на все остальные разделы физики, складывавшиеся в это время, – теплофизику, оптику, изучение электричества и магнетизма. В XVIII веке была изобретена лейденская банка (первый аккумулятор), открыто явление электрической проводимости, отрицательное и положительное электричество, электрическая природа молний. Крупнейшим открытием в этой области физики стал закон Кулона – основной закон электростатики, который измерял силу, действующую между электрическими зарядами, и устанавливал, что она зависит от расстояния между этими зарядами. Интересная ситуация сложилась в оптике, которая как самостоятельный раздел физики сложилась еще в XVII веке. Это произошло во многом благодаря работам Ньютона, который разложил белый свет на цвета радуги. Ему же принадлежит корпускулярная теория света, в соответствии с которой свет представляет собой поток световых частиц, наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Хотя в то же время Христиан Гюйгенсом была предложена волновая теория света, корпускулярная теория больше соответствовала предпосылкам классической науки, поэтому именно она была признана научным сообществом.

Очень серьезные изменения происходят в XVIII в. с химией, которая, наконец-то, из алхимии и ремесленной химии становится настоящей наукой. Основная заслуга в этом принадлежит английскому ученому Роберту Бойлю, который в своих исследованиях показал, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких материальных элементов эти тела составлены. Именно он положил начало современному представлению о химическом элементе как о «простом» теле, или как о пределе химического разложения вещества. Также он предположил, что эти частицы могут связываться друг с другом, образуя более крупные частицы – кластеры (сегодня мы называем их молекулами), которые являются невидимыми человеческому глазу кирпичиками для построения реальных физических тел.

Как в физике изучение теплоты породило теорию теплорода, так в химии изучение процессов горения дало теорию флогистона. Подобно теплороду, флогистон рассматривался как особо тонкая материя, благодаря которой обеспечивается горючесть тел. Считалось, что все горючие тела содержат флогистон, исчезающий при горении. Тела с большим количеством флогистона горят хорошо, дефлогистированные тела гореть не способны. Теория флогистона, ложная по сути, была первой научной химической теорией и послужила толчком к множеству исследований. Важнейшими были количественные методы анализа вещества, которые привели к открытию истинных химических элементов – фосфора, кобальта, никеля, водорода, фтора, азота, хлора и марганца. Особое значение для химии имело открытие кислорода А. Лавуазье, после чего им была создана кислородная теория горения.

Открытия Лавуазье имели большое значение и для биологии, так как было показано, что живой организм действует так же, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты.

К. Линней (1707–1778)

Помимо стремления объяснить биологические явления химическими и физическими, биология XVIII в. характеризуется отчетливым стремлением к классификации и систематизации, поисками биологического «атома», лежащего в основе всей живой природы и каждого живого организма. Поэтому особое значение для биологии этого времени имеют работы Карла Линнея, создавшего первую научную классификацию видов, описавшего при этом более 10 тыс. видов растений и 4 тыс. видов животных.

Стремление к количественным методам исследования проявляется и в таком разделе биологии, как эмбриология. В ней все большее значение приобретали концепции эпигенеза, трактующие образование организма как его постепенное развитие из бесструктурной, неоформленной изначальной субстанции.

Наука XIX века

Новый век привнес множество перемен в классическую науку, которая, оставаясь в целом метафизической и механистической, готовила постепенное крушение механической картины мира. В науку начинают постепенно проникать идеи всеобщей связи и развития, разрушающие метафизичность классической науки.

Все более тесной становится связь науки с производством. Промышленная революция, произошедшая в передовых странах Европы, требовала постоянного совершенствования техники, что, в свою очередь, стимулировало развитие науки и прежде всего точного естествознания. Это способствовало более быстрому развитию науки.

Все более тесной становится связь науки с производством. Промышленная революция, произошедшая в передовых странах Европы, требовала постоянного совершенствования техники, что, в свою очередь, стимулировало развитие науки и прежде всего точного естествознания. Это способствовало более быстрому развитию науки.

Новые открытия в физике, астрономии и космологии

Так, создание парового двигателя значительно ускорило развитие теплотехники и соответствующих разделов физики. Изучение электричества и магнетизма было тесно связано с созданием электротехники и гальванопластики, с появлением первого телеграфа. Открытие фотографии повлекло за собой успехи в оптике.

Крупнейшими достижениями физической науки начала XIX века стали открытия дифракции, интерференции и поляризации света, что привело к утверждению волновой теории света. Начало было положено работами Т. Юнга по интерференции света (наложение двух лучей света друг на друга, в результате чего получается картина чередующихся светлых и темных полос). Следующий шаг был сделан французским ученым О. Френелем, в его работе по дифракции света (огибание светом препятствий). Таким образом, к середине XIX в. практически не осталось приверженцев корпускулярной теории света.

Не менее фундаментальные открытия произошли в области науки об электричестве и магнетизме. Еще Х.Х. Эрстед и А.М. Ампер в своих опытах доказали, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Их работы легли в основу нового раздела физики – электродинамики. Но подлинная революция в этой области физики была совершена английским ученым Майклом Фарадеем. Он открыл явление электромагнитной индукции – возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита. Это произошло в 1831 г., после чего можно было говорить о появлении теоретической основы таких важнейших изобретений, как электродвигатель и электрогенератор.

М. Фарадей (1791–1867)

Что касается самого понятия электромагнитного поля, заслуга по его выдвижению принадлежит Дж. Максвеллу, который первым обратил внимание на идеи Фарадея. Он же создал в 1864 г. теорию электромагнитного поля, окончательно объединившую воедино электрические и магнитные явления. Согласно этой теории, каждая заряженная частица окружена полем – невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся поблизости. Иными словами, поле одной заряженной частицы действует на другие заряженные частицы с некоторой силой. При этом взаимодействие между частицами происходит по фарадеевскому принципу близкодействия – взаимодействие передается полем от точки к точке с конечной скоростью. Это был новый, принципиально отличный от ньютоновского, взгляд на природу взаимодействия тел.

Идея всеобщей связи и развития, представление о единстве различных типов физических процессов и их взаимного превращения находит свое место и в других разделах физики, в частности в теплофизике. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, превращение теплоты в работу – все это способствовало возникновению идеи о взаимопревращении энергии и в конечном счете привело к открытию первого начала термодинамики – закона сохранения энергии. Это открытие было сделано Т. Майером и Дж. Джоулем. Оно легло в основу принципа материального единства мира – фундамента новой научной картины мира.

Характерные для всей науки XIX века идеи диалектики постепенно проникают и в астрономию, которая демонстрирует все большие успехи. На ее счету открытие Урана

В. Гершелем, изучение им же туманностей и создание теории островной Вселенной, попытки измерить Галактику и оценить расстояния до других туманностей.

Открытия в химии

Идеи всеобщей связи и развития постепенно и биологии завоевали себе место и в химии. Этапным для химии стало появление в 1861 г. теории химического строения органических соединений A.M. Бутлерова, создавшей фундамент для химии органического синтеза. Но величайшим открытием в химии стало создание Д. И. Менделеевым в 1869 г. периодической системы химических элементов, которая не просто установила связь между физическими и химическими свойствами элементов, но и взаимную связь между всеми химическими элементами.

Д.И. Менделеев (1834–1907)

Биология также не осталась в стороне от новых идей. С начала XIX в. в ней появляются первые эволюционные теории, среди которых особого внимания заслуживает концепция

Ж. Б. Ламарка. Он впервые выдвинул предположение о роли среды в процессе эволюции, представлявшем естественный процесс восхождения от низших форм к высшим. Он считал, что под воздействием окружающей среды меняются органы и ткани, причем эти изменения передаются последующим поколениям.

Важнейшим шагом на пути проникновения в биологию идеи развития стало создание палеонтологии – науки, изучающей следы когда-то живших на Земле растений и животных. Эта наука опровергла представления о вечности и неизменности жизни на Земле.

Итогом развития биологии XIX в., бесспорно, является эволюционная теория Чарлза Дарвина. Она основывается на трех фундаментальных положениях – наследственной изменчивости, естественном отборе и борьбе за существование, происходивших в рамках одного вида. После появления дарвиновской теории биология стала настоящей наукой. В ней утвердились представление о том, что органический мир имеет свою историю, причем человек является частью этой истории, вершиной развития органического мира.

Ч. Дарвин (1809–1882)

Кризис классической науки

Эти и многие другие, не названные нами, открытия XIX века подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, в XIX в. она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины XIX в. В силу этого наука XIX в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

Особую роль в кризисе научного мировоззрения сыграла дарвиновская теория эволюции, которая вновь поставила на повестку дня вопрос о месте и роли Жизни в Космосе. До сих пор в этом вопросе господствовало негласное соглашение об особом месте человека в мире. Теперь же было очевидно, что не только мир не является результатом божественного творения, но и человек появился в ходе естественного эволюционного процесса. И это означало, что человек – такое же животное, как и другие на Земле. Все отличие человека заключается в том, что он достиг более высокой ступени развития. Человек перестал быть любимым творением Господа, наделенным божественной душой, он стал случайным экспериментом природы.

Этот пессимистический взгляд еще более подтверждался благодаря открытию второго начала термодинамики, согласно которому Вселенная стихийно и неотвратимо движется от порядка к беспорядку, чтобы в конце концов достичь состояния наивысшей энтропии, или «тепловой смерти». Чисто случайно история человечества до сих пор происходила в благоприятных биофизических условиях, обеспечивших человеку выживание, но в этой случайности не было признаков проявления какого-то божественного замысла и тем более свидетельства о надежности нынешнего космического состояния.

Тем неожиданнее стали те научные открытия, которые послужили толчком ко второй глобальной научной революции, практически разрушившей старую картину мира и создавшей новую, современную науку XX века. Эта революция началась в физике, затем проникла в другие естественные науки, кардинально изменила философские, методологические, гносеологические, логические основания науки в целом, создав феномен современной науки.