В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания». Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания (А. П. Садохин) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .

Глава 3. Естествознание: его предмет, структура и история становления

3.1. Предмет и структура естествознания

Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира – природа, общество и человек – изучается отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество» – природа и «знание» – знание о природе.

В современном употреблении термин «естествознание» в общем виде обычно обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе как едином целом. В этом качестве оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна естественная наука. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и обозначало тогда всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят еще глубже, в Древнюю Грецию времен Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Сегодня существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания. Первое утверждает, что естествознание – наука о природе как единой целостности, второе – что это совокупность наук о природе, рассматриваемой как целое. На первый взгляд эти определения различны. На самом деле различия не так велики, так как под совокупностью наук о природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.

Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Его спецификой является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу «сверху». Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становятся формулировки основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

При рассмотрении вопроса о структуре науки нами было отмечено, что она представляет собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание является не менее сложной системой, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является опорой для следующей за ней науки и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.

Фундаментом всех естественных наук, бесспорно, служит физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика – учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика исторически стала первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются статика, изучающая условия равновесия тел; кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения; динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил. Механика – это физика макромира, зародившаяся в Новое время. В ее основе лежит статистическая механика (молекулярно-кинетическая теория), изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц.

Следующей ступенькой иерархии является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается легко. Еще на школьных уроках химии говорится о строении химических элементов, их электронных оболочках; это – пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

В свою очередь химия составляет основу биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (растительный мир), зоологию (мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма, цитология – живую клетку, гистология – свойства тканей, палеонтология – ископаемые останки жизни, генетика – проблемы наследственности и изменчивости.

Науки о Земле являются следующей ступенькой структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.

Завершает грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, исследующие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике, что позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, отражающем, очевидно, одно из важнейших свойств самой природы.

Структура естествознания не ограничивается вышеназванными науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки – выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

3.2. История естествознания

В истории развития человеческой цивилизации становление научного знания под воздействием разных факторов и причин прошло длительный путь. Соответственно естествознание, будучи составной частью науки, имеет такую же сложную историю. Его нельзя понять, не проследив историю развития науки в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени, современное естествознание ХХ в.

Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называемый натурфилософский этап развития науки, представляющий непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого. На данном этапе происходил верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что было характерно для всей греческой натурфилософии.

Позднее к процессу накопления знаний добавилось теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появились первые концепции рационального объяснения природных процессов. В результате наступил так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идет анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиск отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в историческом развитии науки – для Позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединились в естествознание как целостную науку о природе, произошла череда научных революций, кардинально менявших практику общественного развития.

Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздали целостную картину мира на основе познанных частностей. Это произошло на основе соединения анализа с синтезом и привело к появлению современной науки XX в.

Начало науки. Древнегреческая натурфилософия. Наука – сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло ни возникнуть, ни развиваться. Наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие ранее отмеченным критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI–IV вв. до н. э. В то время в древнегреческой культуре появились принципиально новые черты, которых не было на Древнем Востоке – признанном центре рождения человеческой цивилизации.

Возникновение первых форм знания произошло в восточных цивилизациях. Более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Вавилоне, Индии, Китае установилась взаимосвязь между теоретическими знаниями и практическими навыками. Это происходило во всех областях человеческой деятельности, но связывалось в основном с земледельческой культурой (первые астрономические знания способствовали предсказаниям погоды, зачатки математики позволяли измерять земельные площади и т. д.).

Историки науки связывают появление естествознания с научным взрывом в VI–IV вв. до н. э. в Древней Греции, который ознаменовал собой начало первого периода в истории естествознания – периода натурфилософии (от лат. natura – природа), т. е. философии природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений. От практических знаний, которые в те времена давали математика, астрономия, знахарство, ее отличало умозрительное толкование природы на основании положения о единстве явлений природы и ее целостности.

Начало древнегреческой натурфилософии относится к попыткам поиска природного первоэлемента, обеспечивающего единство и многообразие природного мира. Это означает, что натурфилософия отличалась стремлением выделить какую-то одну природную стихию в качестве основы всего существующего. Впервые в истории это стремление выразил философ Милетской школы Фалес, который считал первоэлементом всего мира воду, поскольку невозможно найти в мире абсолютно сухое тело.

В античной науке Фалес был первым астрономом и математиком, ему приписывались открытие годового вращения Солнца, определение времени солнцестояний и равноденствий. Фалес утверждал, что Луна светит не своим светом, а небесные тела представляют собой воспламенившуюся землю. Всю небесную сферу Фалес разделил на пять зон и ввел календарь, определив продолжительность года в 365 дней и разделив его на 12 месяцев по 30 дней.

Первой научной программой Античности стала математическая программа, представленная Пифагором Самосским и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) – упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Числовые соотношения рассматривались им основой всего мироздания, источником гармонии Космоса. По мнению Пифагора и его учеников, в основе мира лежат количественные отношения действительности. Они рассматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отношений, приписывали определенным числам особые, мистические свойства. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э.

Высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т. д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. По Аристотелю у каждого тела есть предназначенное ему по природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту – естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи; все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель – Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира – наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.

Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием упорядоченного понятийного аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает в себя изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После аристотелевских работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.

Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они перемещаются по сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как того требовала геоцентрическая модель мира. Решением данной проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома К. Птолемея (I–II вв. н. э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, называемой эпициклом.

Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это Архимед, живший в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука, а механика стала важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой ума (отношение к технике, к машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), работы ученого сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. Не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего в себя стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание всего окружающего мира.

Упадок древнегреческой культуры практически остановил развитие натурфилософии, но ее идеи продолжали существовать довольно долго. Окончательно натурфилософия потеряла свое значение только в XIX в., когда она перестала заменять собой отсутствовавшие науки, когда естествознание достигло высокого уровня развития, был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда выявились действительные причины многих природных явлений и раскрылись реальные связи между ними.

Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т. е. учения о сотворении природы Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки при этом были забыты.

В отличие от Античности средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ. В то же время она не ограничивалась пассивным усвоением достижений античной науки. Вклад средневековой науки в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.

С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в Античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина; постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Изобретение машин и механизмов переставало быть забавой, как в Античности, и становилось делом полезным и уважаемым.

Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе. Это отношение позволило уйти от созерцательного отношения к ней и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира во благо человека.

В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т. д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.

Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.

Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.

В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.

Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Согласно классическому принципу относительности никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т. е. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.

Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.

Природа этой силы была открыта И. Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы, сформулировал закон всемирного тяготения.

Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Исаак Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика И. Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения, закона равенства действия и противодействия.

Хотя И. Ньютон провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез было им предложено, и они сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется и есть ли у нее материальный носитель.

Отвечая на эти вопросы, И. Ньютон предложил (подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов) принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных И. Ньютоном.

Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Оно сравнимо с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать – тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, которая может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции – три независимые друг от друга сущности.

Работы И. Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.

3.4. Классическое естествознание Нового времени

Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все большие масштаб и глубину. Происходили процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и с появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имевшей свои специфические черты, которые наложили отпечаток на работу ученых и ее результаты.

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 как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические, социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире – абсолютной истине.

Еще одной чертой классической науки была метафизичность – рассмотрение природы как неразвивающегося целого, из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе. Каждый предмет или явление изучались 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.

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

Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., создав множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь добраться до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создавали «учения о невесомых» – электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные, тепловые свойства, а также способность к горению. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества, формирование основ экспериментальной науки об электричестве.

Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Р. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г. Менделя, электромагнитная теория Д. Максвелла.

Эти и многие другие открытия ХIХ в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины ХIХ в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-«машины», остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука ХIХ в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца ХIХ – начала XX в.

3.5. Глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

Целый ряд замечательных открытий разрушил всю классическую научную картину мира. В 1888 году немецкий ученый Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Д. Максвелла. В 1895 году В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских лучей, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Д. Томпсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.

К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малы ми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h ). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.

Все эти открытия буквально за несколько лет опрокинули стройное здание классической науки, которое еще в начале 1880-х гг. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки.

В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 1920-е гг. с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.

Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 1940-е гг. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.

Главным концептуальным изменением естествознания ХХ в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель объяснения явлений природы, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным.

Развитие эйнштейновского подхода привело к отрицанию ньютоновской космологии и формировало новую картину мира, в которой логика и здравый смысл переставали действовать. Оказывается, что твердые атомы И. Ньютона почти целиком заполнены пустотой, что материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира, планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности; субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.

Это основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от классической науки.

3.6. Основные черты современного естествознания и науки

Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира – «часового» механизма сменилась моделью мира-«мысли», для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, как нечто особенное и завершенное, ушли в прошлое.

Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности сделать это (неисчерпаемость материи вглубь). Получение абсолютной истины считается невозможным; истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.

Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важных научных завоеваний XX в. – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.

Начиная со второй половины ХХ в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития – постнеклассический, который характеризуется рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на его полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.

Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать сочетание разных естественных наук применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом такой нарастающей интеграции становятся гуманитарные науки.

В анализе особенностей современного естествознания следует отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с объектами (фундаментальных исследований). Реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы способны при неумелом обращении с ними привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.

Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически все более срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных «кабинетных» ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей разных научных направлений. В процессе исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с пока недостаточно понятными законами развития, с глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения, и в частности глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.

Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, но затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные системы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях анализ возможностей дальнейшей эволюции сложных природных объектов предстает как принципиально непредсказуемый, сопряженный со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.

Все эти изменения идут в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится скорее всего к середине XXI в. Конечно, сейчас сложно представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Но вышеперечисленные некоторые ее черты просматриваются уже сейчас.

Таблица 3.1. Наиболее значимые ученые естествознания: с VI в. до н. э по XX в.

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»

М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов

Концепции современного естествознания

Издание шестое, переработанное и дополненное

Министерством образования и науки

Российской Федерации в качестве учебника

для студентов высших учебных заведений

Москва, 2007

УДК 001 ББК 20 Г96

Рецензенты:

А. Д. Гладун - председатель экспертного совета по общим естественнонаучным дисциплинам Министерства образования РФ, доктор физико-математических наук, профессор МФТИ;

Л. В. Королева - доктор физико-математических наук, профессор МГПУ;

О. П. Мелехова - член экспертного совета Министерства образования РФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник;

Г. К. Сафаралиев - заместитель председателя комитета по науке и образованию Государственной Думы РФ, доктор физико-математических наук, профессор ДГУ.

Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. - 540 с.

ISBN 978-5-91131-306-7

В учебнике рассматриваются важнейшие концепции современного естествознания: этапы развития естественно-научной картины мира, современные представления о строении и развитии природы микро-, макро- и мегами-ров; эволюция представлений о пространстве, времени и материи; принципы относительности и дополнительности; соотношение неопределенностей; законы сохранения в микро- и макромире; природа элементарных частиц, энергии и вещества; концепции происхождения эволюции живой природы и человека; биосфера и экология; специфика современного естествознания; синергетика; самоорганизация в различных системах, проблемы современного естествознания; мировоззрение и НТР.

Учебник подготовлен в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования и предназначен для студентов вузов, изучающих концепции современного естествознания, преподавателей, аспирантов и учащейся молодежи, интересующейся мировоззренческими и теоретико-познавательными проблемами естествознания и философии.

УДК 001 ББК 20

ISBN 978-5-91131-306-7

© M. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов, 2006

OCR: Ихтик (г.Уфа)

Ihtik.Lib.Ru

Введение 9

Глава 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ЕДИНАЯ НАУКА

О ПРИРОДЕ 13

Естественно-научная и гуманитарная культуры. 13

Место науки в системе культуры и ее структура 14

Характерные черты науки 18

Естествознание - фундаментальная наука 21

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ 26

Структура научного познания 26

Основные методы научного исследования 29

Динамика развития науки. Принцип соответствия 36

Глава 3. ВАЖНЕЙШИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 41

Система мира античных философов 41

Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира 49

Механистическая и электромагнитная картины мира 55

Современная естественно-научная картина мира 60

Глава 4. КОНЦЕПЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ 69

Понятие пространства и времени 69

Измерение времени 73

Пространство и время в специальной теории относительности 76

Общая теория относительности о пространстве

и времени 86

Глава 5. СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА 94

Структурное строение материального мира 94

Краткая характеристика микромира 95

Краткая характеристика макромира 100

Краткая характеристика мегамира 106

Глава 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДВИЖЕНИЕ

СТРУКТУР МИРА 113

Четыре вида взаимодействий и их характеристика 113

Концепции близкодействия и дальнодействия 116

Вещество, поле, вакуум. Принцип суперпозиции 117

Фундаментальные постоянные мироздания 119

Антропный космологический принцип 123

Характер движения структур мира 126

Глава 7. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

МИКРОМИРА 133

Элементарные частицы 133

Корпускулярно-волновая природа микрообъектов 142

Концепция дополнительности 148

Вероятностный характер законов микромира. Концепции неопределенности и причинности 150

7.5. Электронная оболочка атома 153

Глава 8. КОНЦЕПЦИИ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ .162

8.1. Многообразие форм материи 162

Вещество и его состояния 164

Энергия и ее проявления в природе 167

Законы сохранения в природе 182

Законы сохранения и принципы симметрии 189

Глава 9. СОСТАВ, СТРУКТУРА

И ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ 197

Концептуальные уровни в познании веществ 197

Состав вещества и химические системы 201

Структура вещества и его свойства 209

Химические процессы 213

Эволюция химических систем и перспективы химии 217

Глава 10. ПРИРОДА МЕГАМИРА 222

Расстояния и размеры в мегамире 222

Земля как планета и природное тело 230

Состав и строение Солнечной системы 243

Солнце, звезды и межзвездная среда 253

Галактики 259

Глава 11. ХАРАКТЕР ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ

ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРИРОДЫ 269

Детерминизм процессов природы 269

Термодинамика и концепция необратимости 273

Проблема "тепловой смерти Вселенной" 279

Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ

ВСЕЛЕННОЙ 286

Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная 286

Начальная стадия Вселенной 292

Космологические модели Вселенной 297

Глава 13. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ

НЕБЕСНЫХ ТЕЛ, ЗЕМЛИ 301

Происхождение и эволюция галактик и звезд 301

Происхождение планет Солнечной системы 307

Происхождение и эволюция Земли 317

Космос и Земля 330

Глава 14. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ .. .343

Концепции происхождения жизни на Земле 343

Классификация уровней биологических структур

и организация живых систем 357

Генная инженерия и биотехнология 363

Проблемы происхождения жизни во Вселенной 367

Глава 15. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ 374

Доказательства эволюции живого 374

Пути и причины эволюции живого 378

Эволюционная теория Дарвина 381

Современная теория органической эволюции 384

Синтетическая теория эволюции 387

Другие концепции эволюции живого. 389

Глава 16. КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ

И ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА 397

Человек как предмет естественно-научного познания... 397

Сходства и отличия человека от животных 399

Концепции появления человека на Земле. Антропология 402

Эволюция культуры человека. Социобиология 410

Проблемы поиска внеземных цивилизаций 415

Проблема связи с внеземными цивилизациями 420

Глава 17. ЧЕЛОВЕК 425

Физиология человека 425

Эмоции и творчество 432

Здоровье и работоспособность 435

Вопросы биомедицинской этики 440

Глава 18. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ЭКОЛОГИИ 448

Биосфера 448

Экология 453

Современные проблемы экологии 456

Ноосфера, 460

Демографическая проблема 467

Глава 19. МЕТОДЫ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 474

Системный метод исследования 474

Кибернетика - наука о сложных системах 479

Методы математического моделирования 481

Математическое моделирование в экологии 484

Глава 20. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ПРИРОДЕ 491

Парадигма самоорганизации 491

Синергетика 493

Особенности эволюции неравновесных систем 495

Самоорганизация - источник и основа эволюции 498

Самоорганизация в различных видах эволюции 503

Глава 21. СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

И БУДУЩЕЕ НАУКИ 508

Особенности современного этапа развития науки 508

Естествознание и мировоззрение 511

Естествознание и философия 514

Естествознание и научно-техническая революция 516

Общие закономерности современного естествознания 524

Современная естественно-научная картина мира

и Человек 526

21.7. Особенности в развитии современной науки 529

Литература 535

Светлой памяти наших родителей и учителей посвящаем эту книгу

Введение

Гармонию мира способен ли Смертный постичь, Чей приход и уход Для него самого непонятен?

Ибн Сина (Авиценна)

Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования Российской Федерации требуют освоения студентами гуманитарных и социально-экономических специальностей учебного курса по дисциплине "Концепции современного естествознания". Включение данной дисциплины в программу гуманитарных факультетов вузов обусловлено необходимостью ознакомления студентов с неотъемлемым элементом единой культуры - естествознанием - и формирования целостного взгляда на окружающий мир. Этот курс призван содействовать получению широкого базового высшего образования, способствовать всестороннему развитию личности. Учебный курс отражает основной комплекс концепций современного естествознания, дает панораму наиболее известных методов и законов современной науки, демонстрирует специфику рационального метода познания окружающего мира. Это тем более необходимо, так как сейчас рациональный естественно-научный метод все шире проникает в гуманитарную среду, формируя целостное научное знание общества. Наука приобретает все более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникшая сегодня тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно различных культур, гуманитарной и естественно-научной, созвучна потребностям общества в целостном мировоззрении и подчеркивает актуальность данной дисциплины.

Для изучения предлагаются те направления и проблемы, которые определяют облик современного естествознания и научный подход к культуре. Одной из задач курса является формирование представлений о картине мира как основе целостности и многообразия природы. Поэтому в программу введены важнейшие концепции современного естествознания: представления о пространстве, времени и материи; законы сохранения в мире; концепции происхождения и эволюции Вселенной, жизни и человека; биосфера и экология; специфика самоорганизации, системных методов исследования и др.

Хорошо известно стремление людей найти общее в окружающем их многообразии вещей и явлений природы. Это стремление воплотилось в представлении о единстве мира. Целостное отражение единства мира - это результат синтеза данных естественных наук: физики, астрономии, химии, биологии и др.

Исторически мировоззрение развивалось от комплекса первобытных эмпирических знаний, мифологических, религиозных представлений к философско-теоретическому мировоззрению, и, зачастую в учениях мыслителей переплетались религиозные и рациональные компоненты познания. Привнесение рациональных представлений поднимало мировоззрение на качественно новую ступень, но не снимало еще само по себе вопроса о ненаучном отражении действительности, о наличии иррационального элемента в этом мировоззрении.

Стремление к единству многообразного получило одно из своих воплощений в научных догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима. Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представляли собой единство естественно-научного и философского подходов к анализу действительности.

Идея о Вселенной как едином целом, законы функционирования которого доступны человеческому познанию и пониманию, сыграли и продолжают играть конструктивную роль в формировании научной картины мира. Действительно, именно эта идея краеугольным камнем лежит в мировоззренческом и методологическом основании современной науки. "Основой

всей нашей научной работы", "сильнейшей и благороднейшей из пружин научного исследования" назвал Эйнштейн убеждение в рациональном (законообразном) устройстве Вселенной. "Без веры во внутреннюю гармонию нашего мира, - подчеркивал он, - не могло бы быть никакой науки".

Становление современной естественно-научной картины мира являет собой историческую, революционную или эволюционную смену одних научных взглядов другими.

История человеческого познания - это история возникновения, развития и замены одних научных картин мира другими, которые возникают в недрах предыдущих и в процессе эволюции приближаются к объективной научной картине мира. Основными формами обобщения фактов в системе мира, которые обеспечивают эволюционное ее развитие, являются: 1) объяснение фактов в рамках существующей системы мира; 2) объяснение фактов путем введения дополнительных понятий, новых способов формализации или с помощью введения ограничений на принципы теории. Таким образом, научная революция выступает как растянутый во времени, целостный, закономерный и периодически повторяющийся этап развития научного познания, для которого характерно скачкообразное формирование новой фундаментальной научной теории или научной системы мира.

Современная научная картина мира - это картина эволюционирующей Вселенной. Эволюция Вселенной включает в себя эволюцию вещества, ее структуры, а также эволюцию живого и социального общества. Эволюция вещества сопровождалась понижением его температуры, плотности, образованием химических элементов. С эволюцией структуры связано возникновение сверхскоплений галактик, обособление и формирование звезд и галактик, образование планет и их спутников.

Таким образом, Вселенная предстает перед нами как бесконечно развертывающийся во времени и пространстве процесс эволюции материи. В этом процессе взаимосвязанными оказываются самые разнообразные объекты и явления микромира и мегамира. Выяснилось, что во все эпохи научная мысль харак-

теризовала с дополнительностью макроскопического и микроскопического аспектов.

Для студента-гуманитария особенно принципиально осознание проблем общественной жизни в их связи с основными концепциями и законами естествознания. При этом ключевые этапы развития естествознания показывают, каким образом протекал диалог науки и общества в разные исторические периоды, демонстрируя преемственность и непрерывность в изучении природы.

Данная дисциплина не представляет собой механическое соединение традиционных курсов физики, химии, биологии, экологии и других, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционно-синергетического подходов к современному естествознанию, поэтому ее эффективное освоение возможно на основе применения новой парадигмы, способной объединить естественно-научный и гуманитарный компоненты культуры, и осознания универсальной роли метаязыка, синтезирующего фундаментальные законы естествознания, философии и синергетики.

Изучивший ее должен четко представить себе подлинное единство и целостность природы, то единое основание, на котором построено бесчисленное разнообразие предметов и явлений окружающего нас мира и из которого вытекают основные законы, связывающие микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления между собой и с жизнью, с разумом.

Введение…………………………………………………………………..………….3

1. Классификация наук

Заключение……………………………………………………..…..………………14

Список использованных источников……………………………….…………….15

Введение

Общеизвестно, что естествознание - это совокупность наук о природе. Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практичес­кому использованию в интересах человека. Естествознание возникает в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой этой прак­тической деятельности.

В XIX веке было принято естественные науки (или опытное познание природы) разделять на 2 большие груп­пы. Первая группа по традиции охватывает науки о явлени­ях природы (физика, химия, физиология), а вторая - о предметах природы. Хотя деление это довольно условное, но очевидно, что предметы природы - это не только весь окружающий материальный мир с небесными телами и зем­лей, но и неорганические составные части земли, и нахо­дящиеся на ней органические существа, и, наконец, человек.

Рассмотрение небесных тел составляет предмет астрономи­ческих наук, земля составляет предмет ряда наук, из кото­рых наиболее разработаны геология, география и физика земли. Познание предметов, входящих в состав земной коры и на ней находящихся, составляет предмет естественной истории с ее тремя главными отделами: минералогией, бо­таникой и зоологией. Человек же служит предметом антро­пологии, наиболее важными составными частями которой являются анатомия и физиология. В свою очередь, на ана­томии и физиологии базируются медицина и эксперимен­тальная психология.

В наше время такой общепризнанной классификации естественных наук уже не существует. По объектам иссле­дования самым широким делением является деление на науки о живой и так называемой неживой природе. Важ­нейшие большие области естествознания (физика, химия, биология) можно отличать по формам движения материи, которые они изучают. Однако этот принцип, с одной сто­роны, не позволяет охватить все естественные науки (на­пример математику и многие смежные науки), с другой сто­роны, он неприменим к обоснованию дальнейших класси­фикационных делений, той сложной дифференциации и взаимосвязи наук, которые столь характерны для современ­ного естествознания.

В современном естествознании органически перепле­таются два противоположных процесса: непрерывной диф­ференциации естествознания и все более узкие области на­уки и интеграции этих обособленных наук.

1. Классификация наук

Процедура классификации ведет свое происхождение из простого наблюдения, оформившегося в специфический познавательный прием. Однако классификация позволяет получить реальное содержательное приращение знания на пути выявления новых групп явлений.

Процедура классификации, обращенная на саму науку, не может обойти вниманием классификацию, предложенную Ф. Бэконом (1561-1626) как обобщение известного в его время круга знаний. В своем эпохальном произведении "О достоинстве и преумножении наук" он создает широкую панораму научных знаний, включая в дружную семью наук и поэзию. В основу бэконовской классификации наук кладутся основные способности человеческой души: память, воображение, разум. Поэтому классификация приобретает следующий вид: памяти соответствует история; воображению - поэзия; разуму - философия.

В естествознании гетевского времени (конец XVIII в.) считалось, что все объекты природы связаны друг с другом грандиозной единой цепью, ведущей от простейших веществ, от элементов и минералов через растения и животные к человеку. Мир рисовался Гете как сплошной "метаморфоз" форм. Представления о качественно различающихся "ступенях организованности" природы были развиты объективными идеалистами Шеллингом и Гегелем. Шеллинг ставил перед собой задачу последовательно раскрыть все этапы развития природы в направлении к высшей цели, т.е. рассмотреть природу как целесообразное целое, назначение которого - в порождении сознания. Выделенные Гегелем ступени природы связывались с различными этапами эволюции, трактуемой как развитие и воплощение творческой деятельности "мирового духа", носящей у Гегеля название абсолютной идеи. Гегель говорил о переходе механических явлений к химическим (так называемом химизме) и далее к органической жизни (организм) и практике.

Серьезной вехой на пути становления классификации наук было учение Анри де Сен-Симона (1760-1825). Подводя итоги развития науки своего времени, Сен-Симон утверждал, что разум стремится обосновать свои суждения на наблюдаемых и обсуждаемых фактах. Он (разум) на позитивном фундаменте эмпирически данного уже преобразовал астрономию и физику. Частные науки есть элементы общей науки - философии. Последняя стала полу позитивной, когда частные науки стали позитивными, и станет совершенно позитивной, когда все частные науки станут позитивными. Это осуществится тогда, когда физиология и психология будут основаны на наблюдаемых и обсуждаемых фактах, ибо не существует явлений, которые не были бы или астрономическими, или химическими, или физиологическими, или психологическими. В рамках своей натурфилософии Сен-Симон пытался отыскать универсальные законы, управляющие всеми явлениями природы и общества, перенести приемы естественно-научных дисциплин на область общественных явлений. Он приравнивал органический мир к текучей материи и представлял человека как организованное текучее тело. Развитие природы и общества истолковывал как постоянную борьбу твердой и текучей материей, подчеркивая многообразную связь общего с целым.

Личный секретарь Сен-Симона Огюст Конт предлагает учитывать закон трех стадий интеллектуальной эволюции человечества как основу для разработки классификации наук. По его мнению, классификация должна отвечать двум основным условиям - догматическому и историческому. Первое состоит в расположении наук согласно их последовательной зависимости, так чтобы каждая опиралась на предыдущую и подготовляла последующую. Второе условие предписывает располагать науки сообразно ходу их действительного развития, от более древних к более новым.

Различные науки распределяются в зависимости от природы изучаемых явлений либо по их убывающей общности и независимости, либо по возрастающей сложности. Из подобного расположения вытекают умозрения все более сложные, а также все более и более возвышенные и полные. В иерархии наук большое значение имеет степень уменьшения абстрактности и увеличения сложности. Конечной целью всякой теоретической системы выступает человечество. Иерархия наук такова: математика, астрономия, физика, химия, биология и социология. Первая из них составляет отправной пункт последней, являющейся, как уже было сказано, единственной основной целью всякой положительной философии.

Чтобы облегчить обычное употребление иерархической формулы, удобно группировать термины по два, представляя их в виде трех пар: начальной - математико-астрономической, конечной - биолого-социологической и промежуточной- физико-химической. Кроме того, каждая пара показывает естественное сходство спариваемых наук, а их искусственное разделение, в свою очередь, приводит к ряду трудностей. Особенно это видно при отделении биологии от социологии.

В основу классификации О. Конт кладет принципы движения от простого к сложному, от абстрактного к конкретному, от древнего к новому. И хотя более сложные науки основываются на менее сложных, это не означает редукции высших к низшим. В контовской классификации отсутствуют такие науки, как логика, потому что она, по его мнению, составляет часть математики, и психология, которая составляет частично фрагмент биологии, частично - социологии.

Дальнейшие шаги в развитии проблемы классификации наук, предпринятые, в частности, Вильгельмом Дильтеем (1833-1911), привели к отделению наук о духе и наук о природе. В работе "Введение в науки о духе" философ различает их прежде всего по предмету. Предмет наук о природе составляют внешние по отношению к человеку явления. Науки о духе погружены в анализ человеческих отношений. В первых ученых интересуют наблюдения внешних объектов как данных естественных наук; во вторых - внутренние переживания. Здесь мы окрашиваем наши представления о мире нашими эмоциями, природа же молчит, словно чужая. Диль-тей уверен, что обращение к "переживанию" является единственным основанием наук о духе. Автономия наук о духе устанавливает связь понятий "жизнь", "экспрессия", "понимание". Таких понятий нет ни в природе, ни в естественных науках. Жизнь и переживание объективируются в институтах государства, церкви, юриспруденции и пр. Важно также, что понимание обращено в прошлое и служит источником наук о духе.

Вильгельм Виндельбанд (1848-1915) предлагает различать науки не по предмету, а по методу. Он делит научные дисциплины на номотетические и идеографические. В ведомстве первых - установление общих законов, регулярности предметов и явлений. Вторые направлены на изучение индивидуальных явлений и событий.

Однако внешняя противоположность природы и духа не в состоянии дать исчерпывающее основание всего многообразия наук. Генрих Риккерт (1863-1936), развивая выдвинутую Виндельбандом идею о разделении номотетических и идеографических наук, приходит к выводу, что различие вытекает из разных принципов отбора и упорядочивания эмпирических данных. Деление наук на науки о природе и науки о культуре в его знаменитом одноименном произведении лучше всего выражает противоположность интересов, разделяющих ученых на два лагеря.

Для Риккерта центральной является идея, что данная в познании действительность имманентна сознанию. Безличное сознание конституирует природу (естествознание) и культуру (науки о культуре). Естествознание направлено на выявление общих законов, которые Риккертом интерпретируются как априорные правила рассудка. История занимается неповторимыми единичными явлениями. Естествознание свободно от ценностей, культура и индивидуализирующее понимание истории есть царство ценностей. Указание на^ценность сугубо важно. "Те части действительности, которые индифферентны по отношению к ценностям и которые мы рассматриваем в указанном смысле только как природу, имеют для нас... только естественнонаучный интерес... их единичное явление имеет для нас значение не как индивидуальность, а как экземпляр более или менее общего понятия. Наоборот, в явлениях культуры и в тех процессах, которые мы ставим к ним в качестве предварительных ступеней в некоторое отношение... наш интерес направлен на особенное и индивидуальное, на их единственное и неповторяющееся течение, т.е. мы хотим изучать их также исторически, индивидуализирующим методом". Риккерт выделяет три Царства: действительность, ценность, смысл; им соответствуют три метода постижения: объяснение, понимание, истолкование.

Бесспорно, выделение номотетического и идеографического методов стало важным шагом в деле классификации наук. В общем смысле номо-тетический метод (от греч. nomothetike, что означает "законодательное искусство") направлен на обобщение и установление законов и проявляется в естествознании. Согласно различению природы и культуры, общие законы несоразмерны и несоотносимы с уникальным и единичным существованием, в котором всегда присутствует нечто невыразимое при помощи общих понятий. Отсюда следует вывод о том, что номотететичес-кий метод не является универсальным методом познания и что для познания "единичного" должен применяться идеографический метод.

Название идеографического метода (от Греч, idios- "особенный", grapho - "пишу") ориентирует на то, что это метод исторических наук о культуре. Суть его в описании индивидуальных событий с их ценностной окраской. Среди индивидуальных событий могут быть выделены существенные, но никогда не просматривается их единая закономерность. Тем самым исторический процесс предстает как множество уникальных и неповторимых событий, в отличие от заявленного номотетическим методом подхода к естествознанию, где природа охватывается закономерностью.

Науки о культуре, по мнению Риккерта, распространены в таких сферах, как религия, церковь, право, государство и даже хозяйство. И хотя хозяйство можно поставить под вопрос, Риккерт определяет его так: "Технические изобретения (а следовательно, хозяйственная деятельность, которая является производной от них) обыкновенно совершаются при помощи естественных наук, но сами они не относятся к объектам естественнонаучного исследования".

Можно ли считать, что в сосуществовании и этих двух видов науки, и соответствующих им методов отражены отклики тех далеких споров номиналистов и реалистов, которые будоражили средневековые схоластические диспуты? Видимо, да. Ведь те утверждения, которые слышны со стороны идеографических наук (в частности, что единичное есть основа общего и последнее вне его не существует, их невозможно отделить друг от друга и предположить раздельное существование), суть одновременно и аргументы номиналистов, для которых именно единичное, как реально существующий факт, может быть положено в основу истинного познания.

Применительно к современной ситуации необходимо заметить, что и в точных, помологических науках, ориентирующихся на регулярность и повторяемость, и в индивидуализирующих, идеографических науках, ориентирующихся на единичное и неповторимое, единичное не может и не должно быть проигнорировано. Разве вправе естествознание отказываться от анализа единичных фактов, и разве справедлива будет та летопись, в которой не будет прослеживаться общая связь событий?

Для методологии и философии науки представляют интерес размышления Риккерта, в которых общее и единичное не просто противопоставляются, что было бы наивно, но предстают дифференцирование, т.е. в различении видов общего и единичного. В естественных науках отношение общего к единичному - это отношение рода и индивида (экземпляра). В общественных исторических науках единичность как бы представляет, репрезентирует собой всеобщность, выступая как проявленная наглядным образом закономерность. Индивидуальные причинные ряды - таковы цель и смысл исторических наук.

Принипы классификации наук Ф. Энгельса. Когда в 1873 г. Энгельс приступил к разработке классификации форм движения материи, в ученых кругах был распространен контовский взгляд на классификацию наук. Родоначальник позитивизма О. Конт был уверен, что каждая наука имеет своим предметом отдельную форму движения материи, а сами объекты различных наук резко отделены друг от друга: математика | физика | химия | биология | социология. Такое соответствие было названо принципом координации наук. Энгельс обратил внимание на то, как связаны между собой и переходят один в другой объекты, изучаемые различными науками. Возникла идея отразить процесс прогрессивного развития движущейся материи, идущей по восходящей линии от низшего к высшему, от простого к сложному. Подход, где механика была связана и переходила в физику, последняя в химию, та в биологию и социальные науки (механика... физика... химия... биология... социальные науки), стал известен как принцип субординации. И действительно, куда ни бросить взгляд, мы нигде не найдем какую-либо форму движения в полной отдельности от других форм движения, везде и всюду существуют лишь процессы превращения одних форм движения в другие. Формы движении материи существуют в непрерывно-прерывном процессе превращения друг в друга. "Классификация наук, - отмечал Ф. Энгельс, - из которых каждая анализирует отдельную форму движения или ряд связанных между собой и переходящих друг в друга форм движения материи, является вместе с тем классификацией, расположением, согласно внутренне присущей им последовательности самих этих форм движения, и в этом именно и заключается ее значение".

Когда Энгельс начинал работу над "Диалектикой природы", в науке уже утвердилось понятие энергии, распространенное на область неорганики - неживую природу. Однако все более и более становилось понятно, что между живой и неживой природой не может быть абсолютной грани. Убедительным примером тому явился вирус - переходная форма и живое противоречие. Попав в органическую среду, он вел себя как живое тело, в неорганической же среде он так себя не проявлял. Можно сказать, что Энгельс прозорливо предугадал переход одной формы движения материи в другую, так как к моменту возникновения его концепции наукой были изучены лишь переходы между механической и тепловыми формами. Вызывало интерес и предположение о том, что выдающиеся открытия в скором времени будут возникать на стыке наук, в пограничных областях. Взявшись за разработку одной из таких пограничных областей, связывающих природу и общество, Энгельс предложил трудовую теорию антропосоциогенеза- происхождения человека и человеческого общества. В свое время Ч. Дарвин (1809-1882), проводя сравнительные анатомические исследования человека и обезьян, пришел к выводу о чисто животном происхождении человека. Он выделил две формы конкуренции: внутривидовую и межвидовую. Внутривидовая конкуренция вела к вымиранию неприспособленных форм и обеспечивала выживание приспособленных. Это положение легло в основу естественного отбора. Энгельс же оценил роль социальных факторов, и в частности особую роль труда, в процессе антропосоциогенеза. В XX в. именно на стыках наук появились наиболее перспективные области новых наук: биохимия, психолингвистика, информатика.

Таким образом, если в первых классификациях наук в качестве оснований выступали естественные способности человеческой души (память, воображение и т.п.), то, по мнению нашего современника отечественного исследователя Б. Кедрова, принципиальное отличие энгельсовской классификации заключалось как раз в том, что "в основу разделения наук она кладет принцип объективности: различия между науками обусловлены различиями изучаемых ими объектов". Тем самым классификация наук имеет под собой прочное онтологическое основание - качественное многообразие самой природы, различные формы движения материи.

В связи с новыми данными естествознания разработанная Энгельсом пятичленная классификация форм движения материи была подвергнута существенным уточнениям. Наибольшую известность получила современная классификация, предложенная Б. Кедровым, в которой он различал шесть основных форм движения: субатомно физическую, химическую, молекулярно-физическую, геологическую, биологическую и социальную. Заметим, что классификация форм движения материи мыслилась как основа классификации наук.

Существует и иной подход, согласно которому все многообразие мира может быть сведено к трем формам движения материи: основным, частным и комплексным. К основным относятся наиболее широкие формы движения материи: физическая, химическая, биологическая, социальная. Ряд авторов подвергают сомнению существование единой физической формы движения материи. Однако с этим вряд ли можно согласиться. Все объекты, объединяемые понятием физического, обладают двумя наиболее общими физическими свойствами - массой и энергией. Для всего физического мира характерен общий всеохватывающий закон сохранения энергии.

Частные формы входят в состав основных. Так, физическая материя, включает в себя вакуум, поля, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, макротела, звезды, галактики, Метагалактику. К комплексным формам материи и движения следует отнести астрономическую (Метагалактика - галактика - звезды - планеты); геологическую (состоящую из физической и химической форм движения материи в условиях планетарного тела); географическую (включающую в себя физическую, химическую, биологическую и социальную формы движения материи в пределах лито-, гидро- и атмосферы). Одна из существенных особенностей комплексных форм движения материи заключается в том, что господствующую роль в них в конечном счете играет низшая форма материи - физическая. К примеру, геологические процессы определяются физическими силами: гравитацией, давлением, теплотой; географические законы обусловлены физическими и химическими условиями и соотношениями верхних оболочек Земли.

Заключение

Философия науки по логике вещей должна отчетливо представлять, с каким типом науки она предпочитает иметь дело. Согласно уже сложившейся, хотя и достаточно молодой традиции все науки подразделились на три клана: естественные, общественные, технические. Однако как бы эти группы наук ни конкурировали друг с другом, в своей совокупности они имеют общую цель, связанную с наиболее полным постижением универсума.

Вопросы классификации и взаимосвязи естественных наук обсуждаются и по сей день. При этом существуют разные точки зрения. Одна из них – все химические явления, строение вещества и его превращение можно объяснить на основании физических знаний; ничего специфического в химии нет. Другая точка зрения – каждый вид материи и каждая форма материальной организации (физическая, химическая, биологическая) настолько обособлены, что между ними нет прямых связей. Конечно, такие разные точки зрения далеки от истинного решения сложнейшего вопроса классификации и иерархии естественных наук. Вполне очевидно одно – несмотря на то, что физика – фундаментальная отрасль естествознания, каждая из естественных наук (при одной и той же общей задаче изучения природы) характеризуется своим предметом исследования, своей методикой исследования и базируется на своих законах, не сводимых к законам других отраслей науки. И серьезные достижения в современном естествознании наиболее вероятны при успешном сочетании всесторонних знаний, накопленных в течение продолжительного времени и в физике, и в химии, и в биологии, и во многих других естественных науках.

Список использованных источников

1. Карпенков С.Х. К26 Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с.
2. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учеб. – МТК Велби, Изд-во Проспект, 2006. – 264 с.
3. Турчин В.Ф. Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е – М.: ЭТС, 2000. – 368 с.
4. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 480 с.

В начале ХХ в. прежние научные представления, на которых строилась механистическая картина мира, были оспорены буквально со всех сторон. Твердые и неделимые атомы оказались делимыми и почти полностью заполненными пустотой. Пространство и время превратились в относительные проявления единого четырехмерного континуума. Время теперь текло по-разному для тех, кто двигался с разной скоростью. Вблизи массивных предметов оно замедлялось, а при определенных обстоятельствах могло и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии уже не были обязательными для описания устройства Вселенной. Планеты двигались по своим орбитам не потому, что их притягивала к Солнцу сила всемирного тяготения, а потому, что пространство, в котором они двигались, было искривлено. Элементарные частицы демонстрировали двойственную природу, проявляясь и как частицы, и как волны. Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее скорость. Детерминизм уступил место вероятностному взгляду на мир . Результаты научного исследования попали в зависимость от взаимодействия изучаемого предмета с приборами и инструментами и от наличия наблюдателя. Вместо реальных природных явлений все чаще стали рассматриваться их математические модели. Это привело к усилению математизации современной науки, повышению уровня ее абстрактности, утрате наглядности.

Естествознание в ХХ в. развивалось очень быстрыми темпами. Этому в немалой степени способствовали противостояние двух военно-политических блоков (СССР и США), а также потребность промышленности в новых технологиях, опирающихся в первую очередь на естественнонаучные и тесно с ними связанные технические знания. Образовалась широкая сеть образовательных и научно-исследовательских учреждений, финансируемых государством и частными компаниями. С конца ХIX в. средства, вложенные в научные разработки, начали приносить прибыль, наука стала окупаемой. В течение ХХ столетия было сделано более 90 % научных открытий и изобретений от их общего числа за всю историю развития человечества. К наиболее значимым достижениям и концепциям естествознания в ХХ в. относятся:

· теория относительности, квантовая механика, разработка теории строения вещества, открытие и исследование ядерных реакций и элементарных частиц, изобретение ускорителей частиц и синтез трансурановых элементов, гипотеза о кварках, изобретение лазера, передача электромагнитных сигналов на расстояние (радио, телевидение, радиолокация, волоконно-оптическая и мобильная телефонная связь), открытие полупроводников и изобретение компьютеров, создание теорий физических взаимодействий и квантовой теории поля, открытие сверхпроводимости, термоядерный синтез, развитие атомной энергетики и электроники;

· концепция расширяющейся Вселенной, развитие космической техники и полеты в космос, открытие и исследование звезд и галактик, пульсаров, квазаров, нейтронных звезд, «черных дыр» и других космических объектов;

· исследование внутреннего строения Земли, создание теорий континентального дрейфа и тектоники литосферных плит;

· развитие квантовой химии и учения о химических процессах, изобретение новых синтетических материалов – полимеров, синтетических волокон, искусственных алмазов, фуллеренов, металлокерамики и других элементоорганических соединений; развитие нанотехнологий;

· создание хромосомной теории наследственности и учения о мутациях, открытие структуры ДНК, расшифровка генетического кода, развитие генной инженерии, выделение и синтез белков, ферментов и других биоматериалов, создание генетически однородных копий живых организмов (клонирование), развитие экологии и создание учения о биосфере, концепция ноосферы; разработка моделей устойчивого развития;

· развитие синергетики (исследование сложных развивающихся систем и процессов самоорганизации в них) и др.

В основе современной естественнонаучной картины мира лежат следующие концепции: теория относительности, квантовая механика и квантовая теория поля; новая космология , основанная на модели расширяющейся Вселенной ; эволюционная химия , стремящаяся к овладению опытом живой природы; генетика и молекулярная биология ; кибернетика , воплотившая идеи системного подхода; синергетика , изучающая процессы самоорганизации в сложных открытых системах.

Важным достижением современного естествознания стало развитие биосферного цикла наук, новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала быть случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи. Науки биосферного цикла, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биогеография, экология, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, т.е. происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, реально формирующий этот мир и создавший его в нынешнем виде. Воплощением этих идей стал антропный принцип современной науки, в соответствии с которым наша Вселенная такова, какова она есть, только потому, что в ней есть человек.

Характерными особенностями и методологическими основаниями современного естествознания являются:

· системный подход к изучению окружающего мира, в соответствии с которым мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности;

· диалектический способ мышления , основанный на идее всеобщей связи и развития;

· принцип глобального эволюционизма (все явления рассматриваются как процесс саморазвития и самоорганизации материи во Вселенной);

· анализ, являвшийся основным методом классической науки, уступил место синтезу и интеграции различных видов знания;

· детерминизм (признание существования жестких причинно-следственных связей) сменился вероятностными представлениями ;

· невозможным считается получение абсолютной истины; истина считается относительной , существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности;

· процесс познания более не считается простым зеркальным отражением природы; признается, что человек накладывает свой отпечаток на образ мира и результаты исследования.

С середины ХХ в. наука окончательно слилась с техникой, что привело к современной научно-технической революции , имевшей наряду с положительными и ряд отрицательных последствий. Использование научных открытий для создания новых видов оружия, потребительское отношение к природе привели к состоянию кризиса. Современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические замечания со стороны философов, культурологов и др. По их мнению, техника дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями, отнимая его у природы и превращая в придаток машины. К этой гуманистической критике науки вскоре присоединились более тревожные факты последствий бесконтрольного использования достижений науки и техники – загрязнение воды, воздуха, почвы, вредоносное воздействие на живые организмы, вымирание видов и другие нарушения в экосистеме планеты. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса и должна будет существенно измениться. Эти изменения, очевидно, будут связаны с дальнейшей интеграцией естественнонаучной и гуманитарной составляющих культуры, экологизацией и гуманизацией естествознания.

Глава 3. Концепции физики

Естествознание включает множество наук, но порядок их рассмотрения редко бывает произвольным. Обычно изучение естествознания начинается с физики, исследующей наиболее простые и вместе с тем наиболее общие свойства тел и явлений. История науки свидетельствует, что именно физика очень долгое время была лидером естествознания, наиболее развитой и систематизированной естественной наукой, внесшей наибольший вклад в формирование научной картины мира. Большинство научных революций и потрясений в естествознании были связаны с появлением новых физических открытий и теорий.

· Физика – наука, изучающая строение материи и законы ее движения.

Само слово «физика» происходит от греческого рhэsis – природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Становление физики как самостоятельной науки связывают с работами Галилея и Ньютона (XVII в.), благодаря которым законы физики стали базироваться на фактах, установленных опытным путем, и их математическом осмыслении. Классическая механика Ньютона являлась основой развития естествознания до появления квантовой механики и теории относительности в начале ХХ вв.

Современная физика базируется на точном эксперименте и развитом математическом аппарате. В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения она подразделяется на ряд дисциплин: механику, оптику, термодинамику, электродинамику, квантовую механику, ядерную физику, физику элементарных частиц, физику твердого тела и др. В результате взаимодействия физики с другими естественными науками появились такие междисциплинарные научные направления, как астрофизика, биофизика, геофизика, химическая физика.

Круг явлений и процессов, рассматриваемых в рамках физики, очень широк. Для их описания используются такие фундаментальные понятия, как материя, движение, взаимодействие, пространство, время, энергия. Важнейшим из них является понятие материи. Революции в физике всегда были связаны с изменением представлений о материи.