Концепции современного естествознания

Группа авторов, 2010

В книге изложены ответы на основные вопросы темы «Концепции современного естествознания». Издание поможет систематизировать знания, полученные на лекциях и семинарах, подготовиться к сдаче экзамена или зачета. Пособие адресовано студентам высших и средних образовательных учреждений, а также всем интересующимся данной тематикой.

© Т. В. Карпова, составление, 2010

© ООО «Издательство “Сова”», 2010

Формирование научной картины мира

История развития научного знания — долгий и сложный процесс, который можно условно разделить на несколько этапов.

Первый этап охватывает период от зарождения натурфилософии до XV в. В этот период научное знание развивалось синкретически, то есть недифференцированно. Натурфилософия представляла мир как единое целое, царицей наук выступала философия. Основными методами натурфилософии были наблюдение и предположение. Постепенно, примерно к XIII в., из натурфилософии стали выделяться узкоспециализированные области знаний — математика, физика, химия и т. п. К XV в. эти области знаний оформились в конкретные науки.

Второй этап — с XV по XVIII вв. На первое место в методах наук вышел анализ, попытка расчленить мир на все более мелкие составляющие части и изучить их. Главной проблемой этого времени стал поиск онтологической основы мира, структурированного из первобытного хаоса. Все более мелкое членение мира на части вызвало и более мелкое членение натурфилософии на отдельные науки, а тех — на еще более мелкие. (Из единой философической алхимии образовалась наука химия, которая затем разошлась на неорганическую и органическую, физическую и аналитическую и т. п.)

На втором этапе появился новый метод науки — эксперимент. Знания приобретались в основном эмпирически, то есть экспериментальным путем. Но внимание было направлено не на явления, а на объекты (предметы), благодаря чему природа воспринималась в статике, а не в изменении.

Третий этап охватывает XIX–XX вв. Это был период сильного роста научного знания, бурного и короткого научного прогресса. За этот период человечество получило больше знаний, чем за всю историю существования науки. Этот период принято называть синтетическим, поскольку главным принципом этого времени является синтез.

С конца XX в. наука перешла на новый, интегрально-дифференциальный этап. Это объясняет появление универсальных теорий, совмещающих в себе данные различных наук с наличием очень сильной гуманитарной составляющей. Главным методом здесь является соединение синтеза и эксперимента.

Научный взгляд на мир так же, как и сама наука, прошел несколько этапов развития. Вначале преобладала механистическая картина мира, руководствовавшаяся правилом: если в мире существуют физические законы, то их можно применить к любому предмету мира и любому его явлению. В этой картине мира не могло быть никаких случайностей, мир твердо стоял на принципах классической механики и подчинялся законам классической механики.

Механистический взгляд на мир складывался в эпоху наличия религиозного сознания даже у самих ученых: основу мира они находили в Боге, законы механики воспринимались как законы Творца, мир рассматривался только как макромир, движение — как механическое движение, все механические процессы были обусловлены принципом сложного детерминизма, под которым в науке понимается точное и однозначное определение состояния любой механической системы.

Картина мира в ту эпоху выглядела как совершенный и точный механизм, подобный часам. В этой картине мира не было свободной воли, была судьба, не было свободы выбора, был детерминизм. Это был мир Лапласа.

Эту картину мира сменила электромагнетическая, в основе которой лежал не макромир, а поле и свойства только что открытых человеком полей — магнитного, электрического, гравитационного. Это был мир Максвелла и Фарадея.

Ему на смену пришла картина квантового мира, рассматривавшего мельчайшие составляющие — микромир со скоростями частиц, близким к скорости света, и гигантские космические объекты — мегамир с огромными массами. Эта картина подчинялась релятивистской теории. Это был мир Эйнштейна, Гейзенберга, Бора.

С конца XX в. появилась современная картина мира — информационная, синергетическая, построенная на основе самоорганизующихся систем (как живой, так и неживой природы) и теории вероятности. Это мир Стивена Хокинга и Билла Гейтса, мир складок пространства и искусственного интеллекта. Технологии и информация в этом мире решают все.

Отличительная черта развития естествознания в том, что, длительно эволюционно развиваясь в рамках натурфилософии, затем оно развивалось путем резких революционных изменений — естественнонаучных революций. Для них характерны следующие черты: 1) развенчание и сброс старых идей, мешающих прогрессу; 2) совершенствование технической базы со стремительным расширением знаний о мире и зарождением новых идей; 3) появление новых теорий, понятий, принципов, законов науки (которые могут объяснить необъяснимые с точки зрения старых теорий факты) и быстрое признание их основополагающими. Революционные последствия может дать как деятельность одного ученого, так и деятельность коллектива ученых или всего общества в целом.

Слом старого видения мира в естествознании всегда был тесно связан с космологическими и астрономическими знаниями. Космология, занятая вопросами происхождения мира и человека в нем, базировалась на существующих мифах и религиозных представлениях людей. Небо в их мировоззрении занимало ведущее место, поскольку все религии объявляли его местом, где живут боги, а видимые звезды считались воплощениями этих богов. Космология и астрономия и до сих пор тесно связаны, хотя научное знание избавилось от богов и перестало считать космос местом их обитания.

Первой космологической системой человека была топоцентрическая, то есть считавшая главным местом происхождения жизни поселение, где рождался миф о происхождении жизни, человеке и каком-то местном божке. Топоцентрическая система размещала центр происхождения жизни на планете. Мир был плоским.

С расширением культурных и торговых связей мест и божков стало слишком много, чтобы топоцентрическая схема могла существовать. Появилась геоцентрическая система (Анаксимандр, Аристотель и Птолемей), рассматривавшая вопрос происхождения жизни в глобальном планетарном объеме и помещавшая Землю в центре известной человеку системы планет. В результате аристотелевой революции мир стал сферическим, а Солнце вращалось вокруг Земли.

Геоцентрическую сменила гелиоцентрическая система, в которой Земле отводилось рядовое место среди других планет, а источником жизни объявлялось Солнце, расположенное в центре Солнечной системы. Это была копернианская революция. Идеи Коперника способствовали избавлению от догматизма религии и появлению науки в современном ее виде (классическая механика, научные труды Кеплера, Галилея, Ньютона).

Современник Коперника Дж. Бруно выдвинул не оцененную в его время идею полицентризма — то есть множественности миров. Через несколько веков эта идея нашла воплощение в трудах Эйнштейна и релятивистской теории (теории относительности), появились космологическая модель однородной и изотропной Вселенной и квантовая физика.

Современное естествознание оперирует двумя уровнями научного познания — эмпирическим и теоретическим. Эмпирическое и теоретическое знание связано друг с другом и не существует одно без другого: опыты ставятся, основываясь на существующих теориях; теории строятся, исходя из полученного экспериментального материала. Если он не соответствует существующим теориям, то либо неточен, либо требуется создание новой теории.

Не всякий существующий факт может оказаться научным фактом. Для части людей признанными являются недостоверные, то есть ненаучные факты. Их признание чревато для общества тем, что наука оказывается мишенью для насмешек, а на первый план выходят общественные суеверия, мистика и религия, которые благодаря непросвещенности и равнодушия к настоящим проблемам науки становятся для людей неоспоримыми истинами.

Каждый переломный этап в развитии общества выражается этим интересом к ненаучному знанию, затуманивающему ясную и объективно достоверную картину мира. Некоторые плохо объяснимые факты тоже помогают появлению их ненаучного объяснения (например, при выявлении свойств микромира всерьез заговорили о воле Бога, управляющего движением электронов; особенности поведения сверхмалых частиц заставили усомниться в правильности закона сохранения энергии и т. п.), но как только появляется научная теория, учитывающая и способная объяснить новые факты без обращения к мистике или религии, они ложатся в научную схему и расширяют и дополняют научное знание.

Критериями научного познания является возможность экспериментальной проверки теоретических положений и теоретического обоснования экспериментальных фактов, причем эксперименты не должны нарушать ни единого теоретического момента, а теории должны опираться на весь базовый комплекс научного знания.

Научные факты должны укладываться в существующие в данной науке старые теории и не иметь с ними кардинальных противоречий. Для объяснения новых фактов нередко приходится создавать новые теории, но новая теория строится с учетом существующих законов (физических, химических, биологических и т. п.), и если какой-то сложный факт кажется несоответствующим существующим законам, то, скорее, он неверно истолкован, чем неверны законы, действующие для остальных фактов. Каждое новое явление или объект занимают свое место в определенной классификационной схеме и соотносятся с другими фактами. Нельзя объяснять факты, не поддающиеся рациональному объяснению, существованием некоей внешней силы, создающей особые законы для данных фактов.

Понятие научной картины мира как особой формы систематизации знаний на основе их качественного обобщения и мировоззренческого синтеза различных научных теорий появилось в XIX в., но наибольшее распространение и обоснование получило только во второй половине XX в. В целом, в научную картину мира входит господствующее в обществе мировоззрение, понимание человеком его места в этом мире и важнейшие научные достижения. Для каждого времени существует своя картина мира, поскольку знания о мире углубляются и расширяются. И если до XVI–XVII вв. картина мира была натурфилософской, до второй половины XIX в. — механистической, далее — термодинамической, то в XX в. — релятивистской и квантово-механической.

Но научная картина мира не включает всю совокупность имеющихся естественнонаучных знаний, она касается представлений общества об основных свойствах, сферах, уровнях и закономерностях природы. В научной картине мира присутствуют в равной степени как теоретические знания и образы с высокой долей абстракции, так и наглядные модели.

Картины мира выражаются при помощи определенных стереотипов в понимании объективных процессов и способов их познания и интерпретации, которые принято называть в науке парадигмами. В основе научной картины мира всегда лежит физика, как наука, определяющая в большей степени организацию человеческого мышления. Основными являются физические теории, объясняющие какие-то факты и постоянно углубляющие понимание природы с помощью новых теорий. Именно физическая компонента в научной картине мира позволяет этой картине развиваться и соответствовать духу времени.