Учебное пособие

Москва

Издательство МНЭПУ

2002

С.В. ДЕВЯТОВА, В.И. КУПЦОВ

КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

I. ЧТО ТАКОЕ НАУКА 2

II. ГЛАВНЫЕ ВЕХИ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 8

1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ НАУКИ 8

2. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В VI –XV ВЕКАХ 13

3. СТАНОВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ (XVI–XVIII ВВ.) 14

АСТРОНОМИЯ 14

ФИЗИКА 16

ХИМИЯ 18

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 18

БИОЛОГИЯ 20

УНИВЕРСИТЕТЫ И АКАДЕМИИ 22

ТЕХНИКА 24

4. КЛАССИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ 25

ФИЗИКА 25

АСТРОНОМИЯ 27

ХИМИЯ 28

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 29

БИОЛОГИЯ 31

ТЕХНИКА 34

ВОЕННАЯ ТЕХНИКА 35

5. КОНТУРЫ СОВРЕМЕННОЙ КАРТИНЫ МИРА 35

ФИЗИКА 36

АСТРОНОМИЯ 43

ХИМИЯ 51

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 53

БИОЛОГИЯ 58

СИНЕРГЕТИКА 69

МЕДИЦИНА 71

ТЕХНИКА 72

СССР – 1957 73

Китай – 1970 73

ВОЕННАЯ ТЕХНИКА 73

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой гуманитарных дисциплин МНЭПУ Ю.Д. Железнов

д-р филос. наук, профессор кафедры философии и методологии наук МГУ им. М.В. Ломоносова В.П. Казарян

Девятова С.В., Купцов В.И.

Концепции естествознания. Вопросы и ответы: Учеб. пособие. – М.: Изд_во МНЭПУ, 2002. – 172 с.

Книга в форме вопросов и ответов знакомит читателя c основными идеями и событиями истории естествознания – одного из самых замечательных феноменов культуры. Великие достижения естествознания представляют огромную ценность. Знакомство с ними даёт читателю не только представления об удивительном мире, частью которого являемся мы сами, но и о невероятных возможностях человеческого разума, способного постигать самые сокровенные тайны мироздания.

Авторы значительное внимание уделяют раскрытию особенностей науки как феномена культуры, выявлению особенностей научного познания в целом, а также оценке специфики главных этапов развития естествознания, характерных для них методов и средств познания, картин мира. Книга рассчитана на самый широкий круг читателей. Она будет полезна и учащимся старших классов школы, и учителям, и студентам, и преподавателям. Огромная информация представлена авторами в ясной и легко усваиваемой форме. Книга будет интересна и родителям, которые стремятся продолжить свое образование, ещё не потеряли способность удивляться и хотят иметь интеллектуальный контакт со своими детьми.

The book presents to the reader the main ideas and events of the history of natural science – one of the most remarkable cultural phenomenon. Great achievements of natural science are of a tremendous value. Introduction of them gives to the reader the idea not only of the wonderful world, of which we are a part, but also of the incredible potential of human intellect that is able to perceive the innermost secrets of the universe.

The authors pay significant attention to reveal the features of science as a cultural phenomenon, to expose the distinctive features of scientific knowledge in general, and to characterise the peculiarities of the main stages of natural science development and their typical methods, instruments and outlooks. The book is addressed to the broadest range of readers. It will be useful for high school students as well as for teachers, students and professors.

The wealth of information is introduced by the authors in a clear and easy manner. The book will also be interesting for the parents who are seeking to continue their education, have not lost the ability to wonder and want to keep an intellectual contact with their children.

I. Что такое наука

Что характерно для любого рода деятельности?

– Любая деятельность характеризуется:

• целью;

• методами её достижения;

• средствами;

• объектом и предметом;

• субъектом;

• результатами.

Какие цели характерны для различных родов деятельности?

– Каждый род человеческой деятельности имеет свою цель:

• цель предпринимательской деятельности – получение прибыли;

• цель педагогической деятельности – передача знаний и умений;

• цель политической деятельности – участие в решении политических проблем страны, борьба за власть и реализация власти в интересах различных социальных групп;

• цель искусства – создание социально значимых эстетических произведений и ценностей.

Какова цель научной деятельности?

– Целью науки является получение обоснованных знаний о реальности.

Можно ли считать, что если утверждение ненаучно, то оно –ложно, а если научно, то – истинно?

– Нет, так говорить нельзя. Как ненаучные, так и научные, утверждения могут быть и истинными, и ложными.

Какие могут быть приведены примеры истинных ненаучных утверждений?

– Например, утверждения “Я сейчас читаю ответ на заданный вопрос”, “Ночью никогда на небе не бывает видно Солнца”, “В аптеке продают лекарства” являются ненаучными и истинными.

Какие можно привести примеры ложных научных утверждений?

– Например, утверждения “Солнце вращается вокруг Земли”, “Тяжёлые тела падают быстрее, чем легкие”, “Атом состоит из ядра, в котором находятся протоны, и электронов, вращающихся вокруг него” являются научными и ложными. Ложными являются вполне научные геоцентрическая система мира, теория теплорода, теория флогистона, теория эволюции Ламарка.

Какие признаки характеризуют научные знания?

– Научные знания всегда систематизированы, непротиворечивы, обоснованы. Они делятся на эмпирические знания и теории.

Могут ли ненаучные знания быть систематизированы?

– Как правило, ненаучные знания не систематизированы. Однако нередко и они систематизируются. Примерами такого рода служат телефонная книга, кулинарная книга, расписание занятий в учебном заведении, расписание движения поездов.

Что такое эмпирическое познание?

– Эмпирическое познание – это познание, осуществляемое посредством взаимодействия с познаваемым объектом. Знания же, получаемые таким образом, называются эмпирическими.

Каковы виды эмпирических знаний?

– Эмпирические знания представлены:

• объектами и их системами (элементарные частицы, атомы, химические элементы, вещества, космические объекты, минералы, породы, клетки, виды организмов, организмы их органы, человечество, человек, народы, страны и т.п.);

• процессами (пространственные перемещения объектов, изменение объектов и взаимодействие между ними);

• свойства объектов и процессов (физические, химические, физиологические, социальные и т.п.);

• эмпирические закономерности (все металлы электропроводны, при нагревании тела расширяются, существует периодическая смена времён года и т.п.).

Каковы методы эмпирического познания?

– Существуют универсальные методы эмпирического познания, характерные для всех наук. К ним относятся логические заключения от частного к общему и от общего к частному, заключение по аналогии, абстрагирование, использование гипотез, моделирование и пр. Вместе с тем существуют и методы эмпирического познания, в которых существенно отражается специфика различных наук:

– для астрономии характерно наблюдение;

– для физики и химии – эксперимент;

– для биологии – наблюдение и эксперимент;

– для истории – изучение памятников материальной и духовной культуры;

– для экономической науки – сбор и анализ статистических данных;

– для социологии – наблюдение и социологические опросы.

Чем отличается наблюдение от эксперимента?

– При наблюдении учёный либо не может изменить состояние изучаемого процесса (например, в астрономии), либо он стремится как можно меньше воздействовать на изучаемое явление (например, в биологии или социологии).

В эксперименте изучение реальности осуществляется посредством активного, но контролируемого приборами, воздействия на процесс, в результате чего учёный получает гораздо большую информацию.

Когда учёные начали учитывать ошибки в эмпирическом познании?

– Г. Галилей был одним из первых, кто поставил вопрос о том, как правильно оценить результат наблюдения или измерения в условиях случайных ошибок, которые при этом неизбежны. Об этом свидетельствуют его знаменитые «Диалоги о двух главнейших системах мира» (1632). Эта проблема становилась всё более актуальной по мере развития естествознания. Разрешение она получила лишь в начале XIX века, после фундаментальных работ К.Ф. Гаусса, которые привели к созданию теории ошибок.

Что собой представляют средства науки?

– Средствами науки являются язык науки, в том числе математический язык, приборы, установки, вычислительные средства и др.

Что собой представляют установки?

– Установки в науке представляют те материальные приспособления, с помощью которых учёный получает возможность осуществлять исследование.

Так, например, в астрономии невозможно обойтись без телескопа, а при изучении микромира – без ускорителя частиц; при изучении микробов или бактерий широко используется микроскоп, а для исследований глубин океана – батискаф. Экспериментальные установки позволяют создавать контролируемые приборами вариативные условия воздействия на изучаемый объект и их последствия. Это приводит к резкому возрастанию возможностей получения новых эмпирических знаний.

Что характерно для теоретического познания?

– Теория, в отличие от эмпирического познания, имеет дело с идеальным объектом (материальная точка, несжимаемая жидкость, абсолютно твердое тело, идеальный газ и т.п.), на основе которых учёный строит модели тех или иных реальных явлений, стремясь описать все их известные свойства исходя из небольшого числа законов и принципов.

Какую роль в науке играют теории?

– Теории в науке представляют собой огромную ценность. В каждой науке имеется небольшое число теорий. Их функции заключаются в следующем:

• систематизация всего эмпирического материала, относящегося к данной предметной области;

• объяснение этих эмпирических знаний на основе небольшого числа исходных законов и принципов;

• расширение задач для эмпирических исследований;

• предсказание новых явлений.

Как соотносятся между собой эмпирический и теоретический уровни научного познания?

– Эмпирический и теоретический уровни научного познания органически связаны друг с другом.

Теории, как правило, строятся на основании обобщения эмпирических знаний. Правда, имеются случаи, когда теории появляются в результате осмысления чисто теоретических проблем, не вызванных непосредственно появлением каких либо новых эмпирических данных, как это произошло,

например, при создании общей теории относительности.

С другой стороны, эмпирическое исследование не может осуществляться без теоретической основы. Любое такого рода исследование предполагает теоретически формулируемую задачу или мыслительную установку, без чего оно просто не может начаться. Кроме того, эмпиричекое знание всегда истолковывается на основе теоретических или квазитеоретических представлений.

Когда появились первые фундаментальные теории?

– Первой фундаментальной теорией была построенная Евклидом геометрия (ок. 300 до н. э.). Первая фундаментальная теория в естествознании была построена спустя 2000 лет И. Ньютоном. Это была механика Ньютона (1687).

Когда в науке появились теории, основания которых были неочевидными?

– Первой теорией, построенной на неочевидных основаниях была геометрия Лобачевского (1826). В естествознании такую теорию впервые создал Максвелл. Это была электродинамика (60-е гг. XIX века).

Когда стали строиться теории на вероятностно статистической основе?

– Первыми теориями, построенными на вероятностно статистической основе, стали молекулярно-кинетическая теория газов, генетика Менделя, теория эволюции Дарвина.

Какие существуют наиболее характерные примеры открытий, сделанных разными учёными независимо друг от друга в одно и то же время?

– Ярчайшими примерами такого рода являются следующие открытия.

• Во второй половине XVII века И. Ньютоном (Великобритания) и независимо от него Г. Лейбницем (Германия) было создано интегральное и дифференциальное исчисление.

• В первой трети XIX века Н.И. Лобачевский (Россия), Я.Бойаи (Венгрия) и Ф. Гаусс (Германия) независимо друг от создали неевклидовую геометрию.

• В середине XIX века У. Леверье (Франция) и Д.К. Адамс (Великобритания) независимо друг от друга предсказали существование новой планеты в Солнечной системе, которая будет названа после её открытия Нептуном.

• В середине XIX века был сформулирован закон сохранения энергии Г. Гельмгольцем (Германия), Ю. Майером (Германия) и Дж. Джоулем (Великобритания).

• В середине XIX века независимо друг от друга Ч. Дарвин (Великобритания) и А. Уоллес (Великобритания) пришли к идеям естественного отбора как движущей силе эволюции видов организмов.

• В конце XIX века переоткрыли независимо друг от друга законы Менделя К. Корренс (Германия), Г. де Фриз (Нидерланды) и Э. Чермак (Австрия).

• В начале XX века идеи частной теории относительности выдвинули независимо друг от друга А. Эйнштейн (Германия) и А. Пуанкаре (Франция).

• В середине 60-х гг. ХХ века М. Гелл-Манн (США) и Дж. Цвейг (США) выдвинули независимо друг от друга идею существования кварков.

• В конце 60-х гг. ХХ века С. Вайнберг (США) и А. Салам (Индия) независимо друг от друга создали объединённую теорию слабого и электромагнитного взаимодействий.

О чём свидетельствуют открытия, сделанные одновременно и независимо друг от друга разными учёными?

– Такого рода открытия свидетельствуют о том, что научные достижения исторически обусловлены. Они оказываются подготовленными предшествующим развитием науки.

Что является объектом и предметом науки?

– Объект и предмет науки тесно взаимосвязаны друг с другом.

• Объектом науки является то, на что направлено исследование. Им может быть и природа, и общество, и человек, и техника, и культура, не только объективный, но и субъективный миры, сама наука.

• Предметом наук и является определённая сторона объекта, выделенная для исследования. Например, человек является объектом изучения в психологии, социологии, педагогике, биологии, медицине, антропологии. Однако предметы у этих наук различны. Каждую из них интересуют разные стороны человека и его деятельности.

Какую роль в науке играют научные публикации?

– Научные публикации информируют учёных о проведенных исследованиях. Но гораздо более важно то, что через них научные результаты становятся предметом жёсткой критики специалистами, без которой они не могут быть приняты научным сообществом как подлинные достижения.

Какое принципиальное различие существует в отношении авторов и их творений в искусстве и науке?

– В искусстве произведение неразрывно связано с его автором. Если бы не было Бетховена, не было бы и «Лунной сонаты». Образ Анны Карениной так же неповторим, как и реальный человек, и так же обязан своим появлением в мире Толстому, как любой человек своим родителям. В науке дело обстоит иначе. Если бы не было Ньютона, Дарвина, Эйнштейна, классическая механика, теория естественного отбора, теория относительности все равно бы появились. Более того, они были бы созданы приблизительно в тоже время.

Что является продуктом научной деятельности?

– Продуктом научной деятельности являются обоснованные знания о конкретных явлениях действительности в виде фактов, эмпирических закономерностей и теорий, картины мира, научные методы познания, язык науки, приборы и установки, культура рационального мышления, нормы взаимоотношений между людьми.

Что такое научная революция?

– С понятием научной революции связывают такую ситуацию, когда в какой либо науке происходит радикальное изменение представлений о мире и способах его познания. Это вызывает резкое расширение класса решаемых задач, появление новых методов и средств науки, бурный рост научных знаний. Научные революции, как правило, возникают в связи с созданием новых фундаментальных теорий. Они вызывались, например, созданием гелиоцентрической системы мира, классической механики, электродинамики, теории относительности, квантовой механики, теории «Большого взрыва», теории биологической эволюции, глобальной тектоники литосферных плит. Научные революции могут вызываться и появлением новых методов исследования, которые дают возможность проникнуть в неизведанные прежде области реальности. Это происходило, например, когда возникла всеволновая астрономия, позволявшая получать информацию о космических объектах во всём спектре волн, а не только, как это было прежде, в оптическом диапазоне. Аналогично дело обстояло при возникновении физики элементарных частиц или молекулярной биологии.

Какие естественнонаучные картины мира были наиболее значимыми в истории человечества?

– Наиболее значимыми в истории человечества были следующие естественно, научные картины мира:

• геоцентрическая;

• гелиоцентрическая;

• классическая естественно, научная картина мира;

• вероятностная;

• глобальная эволюционистская.

– В разные периоды истории науки значительное влияние на осмысление мира оказали следующие картины мира:

• организмическая;

• механическая;

• электромагнитная;

• информационная;

• системное видение мира;

• синергетическая.

Что такое принцип соответствия?

– Принцип соответствия был сформулирован датским физиком Н. Бором в 1918 году. Согласно этому принципу старая теория после появления новой теории не становится бессмысленной и ложной, но ограничивается область её применения.

Почему наука общезначима?

– Наука общезначима потому, что её результаты в конечном итоге покоятся на основе единых принятых сообществом основаниях, что её аргументация в принципе доступна для любого человека, что приложения науки убедительно демонстрируют её колоссальную эффективность и огромную значимость для общества, для каждого человека.

Как общество воздействует на развитие науки?

– Наука как один из родов человеческой деятельности, естественно, испытывает большое воздействие со стороны общества. Общество может и способствовать, и противодействовать развитию науки.

Какие существуют факты позитивного воздействия общества на развитие науки?

– Само возникновение науки оказалось возможным в Греции прежде всего потому, что древние греки создали общество, в котором критическое мышление было потребностью всей культуры (здесь впервые возникает политическая жизнь, появляется философия как стремление к рациональному, обоснованному знанию о человеке, обществе, о мире в целом).

В дальнейшем реализация потребностей развития общества связанных с экономикой, военным делом, медициной, культурой, управлением обществом, которые требовали использования новых технологий и технических средств, способствовала прогрессу науки. Общество финансировало научные исследования, осуществляло подготовку научных кадров, создавало уважительное отношение к труду учёных.

Какие существуют факты негативного воздействия общества на развитие науки?

– В средние века в варваризированной Европе наука не могла развиваться. Общество не имело ни потребностей, ни возможностей для осуществления научных исследований. История свидетельствует об уничтожении в VII–VIII вв. величайшего в античном мире собрания рукописей (ок. 700 тысяч) – Александрийской библиотеки. В XVI–XVII вв. возрождающаяся наука испытывает большое давление со стороны церкви. Всем известны факты введения католицизмом «Индекса запрещённых книг» (1559), который будет ликвидирован лишь в 1966 г., запрещения учения Н. Коперника (1616), осуждения Г. Галилея за его научные взгляды (1633). Сожжение на костре инквизицией за научные убеждения Дж. Бруно (1600) и казнь за политические взгляды по приговору революционного трибунала А. Лавуазье (1794).

Знаменитый французский кардинал Ришелье в своём завещании (1642) писал: «Науки служат одним из величайших украшений государства, и обойтись без них нельзя; но не следует преподавать их всем без различия, ибо государство будет тогда похоже на безобразное тело, которое во всех своих частях будет иметь глаза».

Немало фактов негативного воздействия общества на науку дает ХХ столетие. В фашистской Германии возникает понятие арийской науки, осуществляется преследование ученых, не принимающих фашистскую идеологию. Учёные еврейской национальности изгоняются из страны и даже уничтожаются. Фашисты проводят опыты над людьми. В СССР было введено понятие советской науки, которая противопоставлялась буржуазной науке. Советское правительство организовывало гонения на генетику, кибернетику, вмешивалось в истолкование теории относительности, квантовой механики, различных направлений в области языкознания, психологии, существенно деформировало развитие экономических наук, истории, философии. В России после распада СССР экономические и политические трудности привели к резкому снижению финансирования науки со стороны государства. Вместе с тем частные фирмы ещё не испытывают большой потребности в научных исследованиях. Невостребованность труда учёных в нашей стране привела к значительным сокращениям кадров ученых и масштабов научных исследований, к «утечки мозгов» в другие страны.

Современное общество тратит огромные средства на разработку военной техники, отвлекая тем самым материальные и интеллектуальные ресурсы от решения актуальных проблем развития человечества. Военное и экономическое использование науки способствует введению в научные исследования атмосферы секретности, которая чужда научному стилю деятельности.

Как наука воздействует на развитие общества?

– В истории человечества влияние науки на развитие общества постоянно возрастало. Вначале наука имела чисто интеллектуальное, мировоззренческое значение, и ею занималось незначительное количество людей. Ещё в конце XVIII в. во всём мире было всего около 1000 ученых. С XIX в. начинает резко возрастать её практическое значение, существенно увеличивается и число людей, вовлеченных в науку.

В настоящее время наука превратилась в огромную область человеческой деятельности. Ею занимаются свыше 5000000 человек. В развитых странах на её нужды тратится до 3% ВНП. Она включает в себя свыше 15000 различных научных отраслей. Сегодня она воздействует буквально на все сферы жизни общества. Мы не случайно называем ХХ столетие веком НТП (научно-технического прогресса). Освоение достижений науки стало жизненно необходимым для всех членов общества, что явилось важнейшим стимулом развития образования. ХХ столетие пришло не только к необходимости введения всеобщего среднего и массового высшего образования, но и к реализации непрерывного образования. Его задачей является освоение научных знаний как с целью практического их применения, так и для понимания окружающего мира, целостного восприятия реальности.

Вместе с тем наука сегодня предоставила человечеству огромные возможности преобразования мира, которыми оно далеко не всегда разумно пользуется. НТП приводит ко все возрастающей социальной дифференциации как между отдельными слоями населения, так и между странами. Огромные масштабы экономической деятельности, использующей достижения науки, приводят к глобальному разрушению окружающей среды. Разработка всё новых средств ведения войны создает опасность уничтожения не только отдельных стран, но и всего человечества.

Современные научные достижения дают возможность манипулировать общественным сознанием, ставить под контроль жизнь отдельного человека. Сегодня имеется опасность неконтролируемого вмешательства в геном живых организмов, в том числе и человека.

Виновна ли наука в негативных последствиях научно-технического прогресса?

– Сама по себе наука не может нести ответственность за её применения, направленные против людей. Она представляет собой средство, применение которого обусловлено обществом и находится полностью под его контролем. В этом отношении она похожа на скальпель, которым хирург может провести спасительную операцию, а бандит зарезать свою невинную жертву. Поэтому можно сказать, что каково обществотаковы и направления использования научных достижений, направления применения интеллекта учёных.