Старая парадигма → нормальная наука → революция → новая парадигма

Концептуальные системы в естествознании. Родственным, но не идентичным понятию «парадигмы», является понятие концептуальная система науки. Под концептуальной системой науки (КСН) понимается уровень знаний и методов решения основной задачи данной науки, обусловленные степенью развития самой науки и общества в целом.

Главным критерием, посредством которого можно разграничить этапы развития науки, а также уровень практического использования знаний в данном обществе является анализ метода решения основной задачи науки.

N.B! Например, основной задачей физики (ОЗФ) является изучение различных форм движения и взаимодействия материальных объектов. На разных этапах развития физики эта задача решалась по-разному, в зависимости от вида объектов и характера действующих сил. Так, движение макротел исчерпывающе описывалось законами механики – классической динамики (И.Ньютон) поэтому ее логично обозначить как первую КС физики. По мере расширения круга изучаемых объектов и перехода к континуумам – сплошным средам, содержащим огромное число частиц, - понадобились и новые методы анализа движения: гидродинамический, термодинамический, механико-статистический. В континуумах выявились особые эффекты и явления (диссипация энергии, рост энтропии и др.) Все это вывело решение ОЗФ на качественно новый уровень, который стал следующей КСФ – динамикой континуумов.

Аналогичную ситуацию можно наблюдать и в химии, основной задачей (ОЗХ) которой является получение материалов с необходимыми свойствами. На начальном этапе эволюции ОЗХ решалась простейшим образом, по схеме:

Состав → свойства,

т.е. набор исходных реагентов однозначно определял характеристики продукта реакции. По мере накопления знаний и развития химической промышленности выяснилось, что свойства продукта реакции зависят и от структуры реагентов. ОЗХ стала решаться по иной схеме:

с труктура функции

состав свойства

здесь же выяснилось, что структура реагентов определяет и реакционную способность веществ (функцию). Сформировался новый, более высокий концептуальный уровень решения ОЗХ – структурная химия.

Аналогичный подход можно осуществить и в биологических и технологических направлениях естественных наук, что свидетельствует об универсальности описанного метода систематизации естественнонаучных знаний.

Главные особенности формирования концептуальных систем:

1) Все новые КС возникают внутри существующих; они вбирают в себя в преобразованном виде научно-методический багаж предшественницы.

2) При формировании новых КС происходит процесс уплотнения информации на уровне более общих принципов и теорий.

3) Развитие науки в рамках определенной КС происходит, в основном, экстенсивно, путем накопления фактов. Но и внутри КС возможны качественные скачки в уровнях знаний: этот подъем обусловлен интенсивными факторами.

4) Развитие естествознания, как совокупности наук, осуществляется как горизонтально – на каждом из концептуальных уровней, так и путем подъема – от одной КС к другой, более высокой. Это позволяет в определенной степени прогнозировать развитие наук, а также выстроить их в определенную иерархию – по сложности форм движения материи, изучаемых данными науками.

Естественнонаучная картина мира. Как уже говорилось, важнейшей целью всего комплекса наук о природе является создание общенаучной картины мира (ОНКМ). Ядром ОНКМ является естественнонаучная картина мира. Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ), есть целостный образ природы, формируемый всем комплексом естественных и технологических наук. Таким образом, ЕНКМ, есть важнейшая форма систематизации наук и научных знаний, и как главная цель развития естествознания, она представляет собой синтетическое целое, выполняющее методологические функции.

Современная модель ЕНКМ складывается из моделей природы, сформировавшихся в отдельных отраслях знаний. В этом смысле говорят о физической, химической, биологической, астрономической и др. картинах мира.

На каждом этапе развития и формирования ЕНКМ приоритетной была частная картина той отрасли науки, которая в тот момент занимала лидирующее положение в естествознании. Фундаментом современного естествознания является физика, поэтому физическая картина мира (ФКМ) доминирует в нынешней ЕНКМ. Многие естествоиспытатели полагают, что целостный образ мира – это синтез физической и биологической картин, поскольку взаимодействие живого и неживого в природе становится определяющим фактором эволюции всего бытия. В перспективе ЕНКМ должна представлять собой единую модель природы, основанную на физических законах, в которых учитывалась бы специфика живого.

Базовыми принципами построения современной ЕНКМ являются системность, историчность и глобальный эволюционизм.

• Системность предполагает целостный охват изучаемых явлений с учетом свойств элементов и целого, частных характеристик и системных качеств.

• Историчность указывает на принципиальную незавершенность любой научной картины мира – в силу неисчерпаемости процесса познания, безграничных преобразований и превращений материи.

• Глобальный эволюционизм указывает на принцип саморазвития всех форм материи как основополагающий, как принцип всего эволюционизирующего Космоса. В соответствии с ним эволюция Вселенной – от Большого взрыва до возникновения человека представляется как единый процесс, а глобальный эволюционизм рассматривается как важнейший объединяющий фактор современной научной картины мира.

Этапы развития естествознания. Слово «Естествознание» представляет собой сочетание двух слов – «естество» (природа) и «знание». Оно может быть заменено синонимом «природоведение» («ведение» происходит от латинского слова «веды» - наука, знание). Содержание предмета «Естествознание» со временем менялось, но объект его – Природа (Вселенная, Жизнь, Разум) – оставался неизменным.

Цель естествознания – описать, систематизировать и объяснить совокупность природных объектов, явлений и процессов.

Исторически возникло деление естественнонаучных знаний на отдельные дисциплины по уровням организации материи: физика, химия, биология, психология. Вопросы, касающиеся всех уровней организации материи, рассматриваются философией и математикой.

Физика - наука о природе, изучает свойства и строение материи и законы ее движения. Понятия физики и ее законы лежат в основе всего естествознания. На стыке физики и других естественных наук возникли биофизика, астрофизика, геофизика, физическая химия и др. Устанавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях и околоземном пространстве, но и во всей Вселенной - в этом заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной науки. Физические понятия и законы применимы ко всему миру, доступному нашим наблюдениям с помощью самых совершенных и чувствительных приборов. Атом везде одинаков - на Земле и в Космосе. Законы сохранения импульса и энергии применимы для описания не только при движении тел на Земле, но и при взаимодействии элементарных частиц, а также при движении планет и звезд.

Химия - наука о составе, строении и свойствах веществ, их превращениях и явлениях, которые сопровождают эти превращения. В современной химии отдельные ее области - неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, химия полимеров - стали в значительной степени самостоятельными науками. На законах химии базируются многочисленные прикладные технические науки - химическая технология, металлургия и др.

Биология в современном представлении - совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология исследует общие закономерности и различные формы существования живой материи во всех ее проявлениях (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, раздражимость, подвижность).

До недавнего времени составной частью биологии считалась экология, однако современная экология вышла за рамки биологической науки и является комплексной, интегрированной, социально-естественной наукой - пример условности классификации наук на естественные и гуманитарные.

Психология – наука о психике как функции мозга, заключающейся в отражении действительности, о закономерностях психических процессов (ощущений, восприятий, мышления, речи, памяти, внимания и т.д.) и закономерностей формирования психических свойств личности (интересов, темперамента, характера и т.д.). Естественные науки достигли в наше время поистине грандиозных успехов. Физический мир, доступный исследованию, охватывает ныне фантастический диапазон масштабов от 10-22 см (элементарные частицы) до 1028 см (максимальное расстояние, с которого можно принимать физические сигналы).

Развитие естествознания можно представить в виде дерева. Это дерево произрастает из красоты, гармонии и таинства Вселенной. Знания о мире формируются через умную созерцательность (эмпирика) и через абстракцию обобщения (теория). В результате анализа и синтеза эмпирических и теоретических знаний рождаются научные представления человека о мире. Познание мира циклично. Можно выделить пять основных этапов развития естествознания: натурфилософия, классическое естествознание, синтетическая стадия, интегративно-дифференциальная стадия, информациологическая стадия познания природы.

Естествознание древнего мира, «натурфилософия», (VI – IV в.в. до нашей эры (н.э.) – до XIII – XV в.в. н.э.) – на этой стадии сформировались общие представления об окружающем мире, как о чем-то целом. Отличительной чертой этой стадии являлось господство методов наблюдения, а не эксперимента, догадок, а не точно воспроизводимых выводов. Тем не менее ее роль в познании Природы очень велика, т.к. основывалась она на представлении о мире, как из чего-то происшедшем, развивающемся, эволюционирующим, то есть появилась мысль о том, что все предметы окружающего мира состоят из простейших начал («стихий»), к которым чаще всего относили огонь, воздух, воду и землю. При этом утвердилась точка зрения, что существует лишь одно – единственное первоначало, из которого все возникло и все состоит. Для этого периода характерно возникновение и становление геоцентрической системы мира.

На обоснование этой системы особенно много сил потратил Клавдий Птолемей и она просуществовала после его смерти чрезвычайно долго – целых 1375 лет, вплоть до опубликования знаменитого труда Н.Коперника, заменившего эту систему на гелиоцентрическую. Одним из величайших ученых и философов античности был Аристотель, основоположник Аристотелевской научной революции, в результате которой появились на свет отдельные естественные науки. Заданные Аристотелем нормы научных знаний, образцы объяснения пользовались в науке непререкаемым авторитетом более 1000 лет, а некоторые, например, законы формальной логики, действуют и в настоящее время.

Считается, что наука зародилась в Древней Греции на основе работ Аристотеля. Тем не менее, начало естествознания как точной науки исторически относят к XV-XVI в.в. н.э., когда исследование природы вступило во вторую стадию, получившую название «аналитической» или стадии «классического естествознания». Для нее характерно глубокое исследование отдельных явлений, активное использование эксперимента. Возникла огромная армия исследователей - путешественников, мореплавателей, астрономов, алхимиков и др., накопивших большой экспериментальный материал и положивших начало основной массе достижений в изучении Природы. На этой стадии произошло выделение (дифференциация) отдельных точных наук - физика, химия, биология, география, геология и др. К отличительным особенностям аналитической стадии относятся:

1. Тенденция к непрерывной дифференциации наук;

2. Преобладание эмпирических знаний над теоретическими;

3. Опережающее, преимущественное исследование предметов Природы по отношению к изучению процессов;

4. Классическое естествознание заговорило языком математики;

5. Однако, природа рассматривалась неизменной, вне эволюции.

У истоков современной науки стояли классики естествознания - Н.Коперник, Г.Галилей, И.Кеплер, Г.Декарт, И.Ньютон. К периоду становления классического естествознания относят вторую революцию. Ее исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической (это самый заметный признак смены научной картины мира перед Аристотелевской и Птолемеевской геоцентрической системой мира). Доминирующей наукой этого периода стала классическая механика, утвердившая механическую картину мира; И. Ньютона сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Эта система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, являющимся универсальным законом Природы, которому подчиняется всё – малое и большое, земное и небесное. Идеи И.Ньютона, опиравшиеся на математику, физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед; поэтому вторая научная революция получила название «ньютоновской революции».

Третий этап познания Природы - «синтетическая стадия» ( XVIII – XIX в.в.); для нее характерно:

1. Начало воссоздания целостной картины Природы на основе ранее познанных частностей;

2. На первый план выходит изучение процессов;

3. Создание универсальных теорий (например, Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, теория строения органических соединений Д.М.Бутлерова, открытие законов термодинамики, становление и развитие химической кинетики и др.);

4. Природа вновь рассматривается с точки зрения ее эволюции.

Четвертый этап – «интегрально-дифференциальная стадия» (конец XIX - середина ХХ в.в.); она характеризуется:

1. Обоснованием принципиальной целостности (интегральности) всего естествознания;

2. Усилением дифференциации наук и резким возрастанием объема эмпирических исследований;

3. Взаимным проникновением идей и методов различных наук; появлением «синтетических наук»;

4. Созданием универсальных теорий, выводящих все разнообразие природных явлений из одного или нескольких общетеоретических принципов, например, А.Эйнштейн «Общая теория относительности для непрерывного макромира», В.Гейзенберг «Квантовая теория для дискретного микромира». Для этого периода характерна целая серия блестящих открытий в физике - сложность строения атома, явление радиоактивности, дискретный характер радиомагнитных излучений и др.

На рубеже XIX - ХХ в.в. произошла третья научная революция, получившая название «эйнштейновской революции». Наиболее значимые теории, составившие основу нового научного знания – это теории относительности (специальная и общая) и квантовая механика. Первая – новая общая теория пространства, времени и тяготения; вторая – обнаружила вероятностный характер законов микромира и корпускулярно-волновой дуализм материи. Идеи А.Эйнштейна означали принципиальный отказ от всякого центризма вообще. «Привилегированных», выделенных систем отсчета в мире нет, все они равноправны. Любые наши представления, в том числе и вся научная картина мира, относительны. Несколько позднее произошли мини-революции в:

- космологии – «модель Большого взрыва и расширяющейся Вселенной»;

- геологии – тектоника литосферных плит;

- биологии – модели происхождения жизни;

- генетике – механизм воспроизводства генетической информации;

- кибернетике – управление в неживой и живой природе;

- социологии – соотношение естественного и социального;

- психологии – роль бессознательного в человеческой психике и др.

Эти научные революции позволили сформировать новую научную картину мира и выдвинули новые проблемы в развитии естествознания, которое вступило в качественно новый этап своего развития.

Пятый этап – информациологическая стадия познания природы – (60 – 70 г.г. XX в. и по настоящее время). Человечество вступило в век сплошной информатизации, отличающийся ускоренными темпами развития и внедрения во все сферы народно-хозяйственной и социально-политической деятельности общества таких катализаторов прогресса, как ЭВМ, персональные компьютеры, лазерная техника и спутниковая связь.

Информация предполагает в первую очередь повышение производительности труда, во-вторых, развитие научных исследований, повышение грамотности и уровня жизни населения; в-третьих, вступление в новую социально-экономическую формацию - информационно-сотовое общество.

В начале 60-х г.г. ХХ в. при практическом отсутствии природных ресурсов перед парламентом, правительством и народом Японии встал вопрос: «По какому направлению направить развитие страны: по пути повышения материального благосостояния народа или по пути информационно-интеллектуального развития, информатизации общества, информационных ресурсов и технологий, то есть по материальному или информационному пути?». Начиная с 1964 г. Япония выбрала второй путь - информационный. Этот выбор позволил в кратчайшее время вывести Японию на второе место в мире по валовому доходу на душу населения и на первое место по многим показателям экономики, науки и техники. С этого периода ведет отсчет мировая история информатизации общества, информационных ресурсов и технологий. США, располагая мощным сбором информации во всем мире, в том числе и в Японии, с конца 60-х и начала 70-х г.г. ХХ в. приняли на вооружение японскую информациологическую систему развития в своей стране. В России в конце 60-х г.г. ХХ в. многие организации также начали заниматься аналогичными проблемами информатизации. Общественное информациологическое мировоззрение развитых стран вскоре стало достоянием всего мирового сообщества. В настоящее время все страны мира идут по информациологическому пути прогресса.

Информация, информационные ресурсы и технологии, средства массовой информации, локальные, глобальные и космические информационные сети подняли науку и технический прогресс на беспрецедентный уровень по сравнению с тем, что обеспечили в прошлом физика, химия и электродинамика, вместе взятые.

Современное естествознание характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных, возрастанием роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в области, где обнаружение новых явлений более вероятно. За последние полвека объем знаний, накопленных человечеством с античного времени, удвоился. Возникли новые направления: синергетика, неравновесная термодинамика, генная инженерия, информатика, аналитическая психология и др. В науке появились новые объекты - открытые сложные системы, детерминический хаос и др. Наша планета рассматривается как единая система, включающая биосферу и социосферу. Предметом исследования современного естествознания является весь мир в его внутренней сложности, многообразии и единстве. Предметом естествознания является не только сущие, но и эволюционные процессы в живой и неживой природе.

По словам И.Г.Пригожина «Наш мир – это не молчаливый и однообразный мир часового механизма, покинутый старыми домовыми…. Мы живем в открытом технологическом и творческом мире…, который вновь обретает имевшееся в эпоху античности очарование: тайны автономии, разнообразия, необратимость…Теперь мы открываем, что Природа обладает внутренней сложностью. Поэтому мы должны исследовать предсказуемости как для коротких, так и для продолжительных пространственно-временных промежутков». Естествознание переживает этап нового становления, новой научной революции.

«Мы переживаем тот период научной революции, когда конкретной переоценке подвергается место и само существо научного подхода, - период, несколько напоминающий возникновение научного подхода в Древней Греции или его возрождение во времена Галилея» (И.Г.Пригожин).

Есть предложение новую научную революцию назвать «Пригожинской».

Проблемы, которые решает современное естествознание, можно условно разделить на три группы - «триады» - материя + энергия + информация.

Основные концепции, связанные с понятием “материя”:

- концепция структурных уровней,

- концепция самоорганизации,

- концепция саморегуляции,

- концепция эволюционизма.

Основные концепции, связанные с понятием “энергия”:

- концепция взаимопревращения различных видов энергии,

- концепция “свободной” энергии Гиббса и проблема самопроизвольности и направленности протекания различных процессов,

- концепция биоэнергетики и проблема трансформации энергии в живых организмах.

Основные концепции, связанные с понятием “информация”:

- концепция первичности информации,

- концепция генетической информации и проблемы генетики.

Итак, историческое развитие человечества постоянно сопровождалось развитием науки. Ученые, внесшие свой вклад в развитие науки, были яркими личностями - они сочетали в себе профессиональные качества в своей области с высокой культурой духа. Новые теории строились на основе не только строгого разума, но и высокой степени интуиции. С тех пор прошло уже много времени. Современная наука быстро прогрессирует и научные открытия совершаются на наших глазах. Современное естествознание представляет собой сложную, разветвленную систему множества наук. Ведущими науками XX в. по праву можно считать физику, биологию, науки о космосе, прикладную математику (неразрывно связанную с вычислительной техникой и компьютеризацией), кибернетику, синергетику.

Но не только последние научные данные можно считать современными, а и все те, которые входят в толщу современной науки, образуя ее краеугольные камни, поскольку наука не состоит из отдельных, мало связанных между собой теорий, а представляет собой во многом единое целое, состоящее из разновременных по своему происхождению частей.