2. Эволюция естественнонаучной картины мира

Цели и задачи раздела:

1. Показать естествознание как динамично развивающуюся область науки.

2. Познакомить с особенностями развития естествознания в разные культурно-исторические эпохи.

3. Представить панораму доклассического, классического и неклассического естествознания.

4. Отработать понятия: интервал, квант, спин, волновая функция, плотность вероятности, оператор, соотношения неопределенности, принцип относительности, принцип дополнительности и др.

План

1. Доклассический период развития науки

• Научные программы античности

• Средневековая наука

2. Классическая наука

• Естествознание в «Новое время»

• Естествознание XIX века

• Кризис классической науки

3. Неклассическая наука

• Релятивистская картина мира

• Квантово-полевая картина мира

• Строение материи и физика элементарных частиц

• Затруднения неклассической науки

• Постнеклассическая наука

2.2.1 Доклассический период развития науки

Доклассический период развития естествознания растянулся более чем на двадцать столетий. Можно выделить два очень важных этапа в его развитии: античность и средние века. Исследования ученых этих времен и созданные ими познавательные модели стали предтечей становления классической науки.

1. Научные программы античности

Наука в современном понимании этого слова зародилась в поздней античности. Ее колыбелью стала Древняя Греция. Уже в Y - I в. до н.э. у греков достаточно хорошо была развиты математика, механика, астрономия. Сложившаяся социокультурная ситуация способствовала становлению нового мировоззрения - античной натурфилософии и создала условия для возникновения системы доказательных знаний, в основе которой лежит рациональное обоснование. Сформированный в античности аппарат логического рационального мышления представлял собой определенный алгоритм производства доказательных знаний. Являясь принципиально новым по сравнению с мифологией подходом к постижению мира, натурфилософия подводила к пониманию того, что истина - не продукт догматической веры, а логически обоснованный результат созерцания и осмысления окружающей действительности. В ее недрах зародились традиции современного «европейского» стиля научного мышления.

В отличие от мифологии и религии натурфилософия пыталась решать мировоззренческие вопросы средствами разума, опирающегося на чувственное наблюдение, интуицию, эмпирическое знание, систему понятий и суждений, связанных друг с другом по определенным логическим законам. Античные философы создали логику и диалектику, которые в Древней Греции стали важнейшими методами познания действительности. В те времена считалось, что именно созерцание и размышление, отвлечение от мирской суеты, обращение к самому себе и своей интуиции, рассуждение, логика позволяют приобщиться к вечному и глубже познать законы Мироздания. Ее вниманием пользуются преимущественно вопросы отношения человека к превосходящим силам природы, понимание мира, строения материи, живых организмов и самого человека. Глубина их представлений поражает. И современная нам наука, вооруженная тончайшей измерительной техникой и накопившая огромное число экспериментальных данных, не намного продвинулась по сравнению с античностью в понимании мира как единого органичного целого, бесконечного в пространстве и времени.

Главный вопрос натурфилософии: из чего все произошло. Мыслители древности выдвигали в качестве первоосновы мира четыре стихии: воду (Фалес), воздух (Анаксимен), землю и огонь (Гераклит). Одним из крупнейших в раннегреческой натурфилософии являлось учение Гераклита. По его представлениям все предметы рождаются из огня и, разрушаясь, вновь превращаются в огонь. На основе представлений о превращении огня он строил свою космологию. Все в мире изменчиво, утверждал он, «в один и тот же поток нельзя войти дважды и нельзя дважды застигнуть смертную природу в одном и том же состоянии». Все изменения в мире подчинены всеобщему закону - Логосу, благодаря которому первичный Хаос превращается в упорядоченный Космос.

Исследователи выделяют три научные программы античности.

1. Математическая программа Пифагора (VI в. до н.э.) и Платона (427- 348 г. до н.э.).

Пифагорейской школе удалось сформулировать два важнейших тезиса, которые легли в основу всей последующей науки:

- явления природы и ее законы наиболее четко и лаконично выражаются языком математики;

- количественные (числовые) отношения отражают гармонию и порядок мира, симметрию его частей, правильность их объединения и ритмичность движения.

2. В основе корпускулярной (лат. corpusculum - частица) атомистической программы лежат представления эпикурейской школы (Левкипп, Демокрит, Эпикур), которые позднее были изложены древнеримским поэтом и философом-материалистом Лукрецием Каром (I в. до н.э.) в его поэме «О природе вещей». По их мнению, окружающий мир состоит из некой субстанции, которая существует вечно и независимо от человека. Сегодня ее называют - «материя».

Ядро этой программы составляет учение Демокрита (470-405 г. до н.э.) об атомах. Вселенная, по его мнению, состоит из пустоты и невидимых глазу телец - атомов, которые являются первокирпичиками Мироздания. Атомы бесчисленны по количеству, разнообразию, формам и величинам. Мир дискретен (лат. discretus - разделенный, прерывистый). Находясь в вечном движении, атомы сталкиваются, образуют единый вихрь, соединяются и разъединяются. При этом они образуют самые разнородные по свойствам тела и порождают все сложное - огонь, воду, воздух, землю. В вихре движения тяжелые тельца собираются в центре и образуют шарообразное тело. От него отделяется оболочка, которая простирается над всем миром и образует бесконечную Вселенную, в центре которой находится Земля. В своих философских построениях Демокрит опирался на непосредственное исследование природы. Им было выдвинуто предположение об атомистическом происхождении чувственных ощущений человека за счет взаимодействия атомов, истекающих от тел, и атомов в теле человека, что и вызывает, по его мнению, ощущения цвета, вкуса, запаха, звука.

Эпикур (341- 270 г. до н.э.) развил идеи Демокрита и дал им философское обоснование. Первоосновой любого учения он признавал логические умозаключения, считая, что таким путем можно получить новое знание о вещах даже при отсутствии данных непосредственного опыта. Отвергнув концепции Платона, он стремился вывести законы природы из самой же природы, представляя окружающий его мир зримым, ощущаемым, движущимся, вечно меняющимся, и в то же время непреходящим, остающимся единственной реальностью. Он признавал, что материя - это бесконечное множество движущихся атомов, но при этом пытался выяснить, что за сила движет ими и какова конечная цель этого движения. Он считал, что мир - это нагромождение случайностей, и совершенно лишен какой-либо внутренней логики и внутреннего смысла. Размышляя над природой случайного, он создал учение об отклонениях атомов от прямолинейных путей, в результате которых происходят столкновения и возникает вихревое движение, приводящее к образованию вещей. Случайность, по его мнению, лежит в природе самих вещей и носит объективный характер.

Эта программа стала истоком корпускулярной традиции современной науки.

3. Завершающим этапом развития античной натурфилософии можно считать создание континуальной (лат. continuum - непрерывное) программы, объединившей в себе все достижения античности. Ее основоположником был Аристотель (384-322 г. до н.э.). Его сочинения охватывают многие области знания: «Органон», «Метафизика», «Физика», «О возникновении животных», «О душе», «Этика», «Политика», «Риторика», «Поэтика». Он разработал первую систематику животных, сделал попытку создать единую картину мира. В трактате «О душе» он утверждал, что всему материальному миру присуща некоторая внутренняя сущность - душа, которая имеет несколько уровней бытия. Самый низкий уровень души свойствен неживым объектам - камням, воде, воздуху. На следующем уровне находятся растения - травы, цветы и деревья; на следующем - насекомые, рыбы, животные. И на самом высоком уровне находится человек, душа которого бессмертна. В его представлениях находится место и Богу, который вращает небесную сферу, в центре которой находится Земля.

Свои воззрения на устройство природы он представил в книге «Физика», в которой изложил учение о четырех причинах существования мира - материи, форме, действии и цели, а также свои взгляды на взаимосвязь пространства, времени и движения. Занимая промежуточную позицию между Демокритом и Платоном, он считал, что материя существует вечно и образует в разных соединениях различные предметы. Все явления протекают во времени. Вместилищем предметов является пространство. Пространство неразрывно связано с телами. Пустоты или чистого места без тел не существует. Только тогда тело находится в пространстве, когда соприкасается с другими телами. Мир непрерывен. Порядок и гармония мира по Аристотелю обусловлены целевой причиной движения и формой. Когда-то давно, под действием первотолчка материя пришла в вихревое движение, упорядочив ранее существовавший Хаос. Движение - это изменение вообще. Оно осуществляется борьбой противоположных качеств - тепла и холода, сухости и влажности. В мире нет ничего неизменного и случайного, развитие его во времени строго детерминировано. Его учение о событийности движения почти два тысячелетия господствовало в представлениях человечества. Этот взгляд стал истоком континуальной традиции современной науки.

C тех самых пор на протяжении многих столетий в науке преобладали попеременно то континуальная (Гюйгенс, Френель, Максвелл и др.), то корпускулярная (Ньютон, Планк и др.) традиции. И лишь наука XX века осознала дуалистичность мира, дуалистичность (лат. dualis - двойственный) материи, которой присущи как полевые (волновые), так и корпускулярные свойства. Эта позиция в науке получила название корпускулярно-волновой дуализм.