Лекция 3. Становление и развитие научной картины мира, ее гуманитарные составляющие
1. Возникновение науки. Дотеоретический и теоретический этапы ее развития
В процессе познания окружающего мира и самого человека формируются различные науки. Естественные науки – науки о природе – формируют естественно-научное знание, гуманитарные – гуманитарное знание. Однако оба эти вида знания при всем их различии схожи в том, что в них изучается нечто, существующее независимо от человека, в противоположность искусственному знанию, изучающему то, что создано человеком. Это знание – основа технических наук.
На начальной стадии познания (в мифологии) естественное и гуманитарное знания были слиты, не разделялись, ибо познание было обращено одинаково и к природе, и к человеку. Такое знание получило название «синкретичное». Постепенно каждая из этих наук нарабатывала свои принципы и подходы, становясь все более самостоятельной. Разделению этих наук способствовали их разные цели: естественные науки стремились изучить природу и покорить ее, гуманитарные своей целью ставили изучение человека и его мира; разные методы: рациональный – в естественных, эмоциональный (интуитивный, образный) – в гуманитарных. Синкретичное знание характеризует эпоху античности, которую принято считать временем рождения науки. Донаучный период связан с культурой Древнего Востока.
2. Культура и знание Древнего Востока, древневосточные цивилизации
Анализ качества знаний и представлений о мире, накопленных внутри вавилонской, шумерской, китайской и индийской древних культур, говорит о том, что эти цивилизации вырабатывали конкретные знания в области математики, астрономии на базе определенного практического опыта, далее они передавались по принципу наследственного профессионализма, от старшего к младшему внутри касты жрецов. При этом знание квалифицировалось как идущее от Бога, покровителя этой касты, отсюда – стихийность этого знания, отсутствие критической позиции по отношению к нему, принятие его практически без доказательства, невозможность подвергнуть его существенным изменениям. Такое знание функционирует как набор готовых рецептов, и никто не задается вопросом: как были получены эти знания и можно ли их изменять, делая более совершенными.
Знанию древневосточных цивилизаций не были свойственны ни фундаментальность, ни теоретичность, все они имели сугубо прикладной характер. Та же астрология возникла не из чистого интереса к строению мира и движению небесных тел, а из необходимости определения времени разлива рек, составления гороскопов. Ведь небесные светила, по представлению вавилонских жрецов, являлись ликами богов, наблюдавшими за всем происходящим на Земле и существенно влияющими на все события человеческой жизни.
Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов Древнего Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри Земли будто бы находится «царство мертвых». Небо – это твердый купол, опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан, обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. К этому куполу прикреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота, а ночью оно движется под Землей.
Согласно представлениям древних египтян Вселенная имеет вид большой долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на ней в виде светильников подвешены звезды.
В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные светила движутся с востока на запад.
3. Идеи античных философов. Научные революции XVI–XVI вв. Становление классического естествознания. Специфика и природа современной науки – вхождение в микромир
Появление собственно науки происходит в Древней Греции в VII–VI вв. до н. э. Именно в знаниях, накопленных греками, проявляются те характеристики, которые позволяют говорить о греческом знании о природе как о науке. Прежде всего к этим характеристикам относятся деятельность по целенаправленному получению новых знаний, наличие специальных людей и организаций для этого, а также наличие соответствующих материалов и технологий по получению этого знания. Цель греческой науки – постижение истины из чистого интереса к самой истине. Эта наука системна и рациональна. Именно в Греции возникают такие формы познавательной деятельности, как систематическое доказательство, рациональное обоснование, логическая дедукция, идеализация и другие, из которых в дальнейшем и развилась наука. Но решительный отказ от практической деятельности имел и обратную сторону – неприятие эксперимента как метода познания, что закрывало дорогу становлению экспериментального естествознания, являющемуся характерной чертой современной науки.
Развитие греческой науки выражалось прежде всего в развитии философии как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные причины. Так, один из великих древнегреческих мыслителей Гераклит Эфесский (ок. 530–470 гг. до н. э.) говорил: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим…»
В это же время Пифагор Самосский (ок. 580–500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны и других планет.
Именно Пифагор основал, а Платон (428–348 гг. до н. э.) позже развил т. н. математическую модель мира, в основе которой лежали следующие основные принципы:
1) мир – это упорядоченный Космос, чей порядок сродни порядку внутри человеческого разума, следовательно, возможен рациональный анализ эмпирического мира;
2) упорядоченность Космоса является следствием существования некоего всепроникающего разума, наделившего природу назначением и целью. В силу родства мирового и человеческого разумов последнему доступен «великий замысел», для этого необходимо развивать соответствующие способности, сосредоточить силы;
3) умозрительное восприятие обнаруживает за видимым миром некий вневременной порядок. Сущность нашего мира – количественные отношения действительности;
4) познание сущности мира требует от человека сознательного развития его познавательных способностей – разума, интуиции, опыта, памяти, нравственности.
Итогом познания становится духовное освобождение человека.
Второй наиболее значимой для последующего развития науки вообще и естествознания в частности умозрительной моделью мира стала атомистическая модель древнегреческого философа Левкиппа (ок. 500–440 гг. до н. э.), развитая впоследствии его учеником Демокритом (ок. 460–370 гг. до н. э.) из Абдер, основанная на идее дискретного строения мира, – учение атомизма. Согласно этому учению: 1) в основе всего сущего – неделимые частицы-атомы (слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимое») и пустота. Ничто не возникает из несуществующего и не уходит в небытие. Возникновение вещей есть соединение атомов, а уничтожение – распадение на части, в пределе – на атомы. Причиной возникновения является вихрь, собирающий атомы вместе;
2) более глубоких причин, принадлежащих иной реальности, недоступной обычному восприятию, в основе мира нет. Причины естественных явлений безличны и имеют физическую природу, их следует искать в земном мире;
3) познание мира идет путем сочетания чувственного опыта и его рационального преобразования.
И наконец третьей значимой для становления мировой европейской науки моделью мира, пришедшей к нам из античности, стала модель древнегреческого философа и мыслителя Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Пытаясь найти третий путь, возражая и Демокриту, его идее появления вещей из атомов, и Платону с Пифагором на предмет признания существования идей или математических объектов, существующих независимо от вещей, Аристотель предлагает четыре причины бытия: формальную, материальную, действующую и целевую.
В его «Метафизике» воссоздается мир как целостное, естественно возникшее образование, имеющее причины в себе самом. Это образование предстает перед нами в виде двойственного мира, имеющего неизменную основу, но проявляющегося через подвижную эмпирическую видимость. Предметом науки должны стать вещи умопостигаемые, не подвластные сиюминутным изменениям. В своем знаменитом трактате «Органон» Аристотель разработал основы доказательного метода, развил идеи формальной логики, поставив тем самым науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата. Кроме того, именно Аристотель систематизировал накопленные к этому времени научные знания. Идеи силлогизма составляли реальную основу античного научного знания, в основе которого лежал т. н. натурфилософский способ, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы. Натурфилософия, что следует из ее называния, представляет собой попытку использовать общие философские принципы для объяснения природы. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Однако, после того как постепенно возникали конкретные науки и они отделялись от нерасчлененного философского знания, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки.
Наука есть постижение мира, в котором мы живем. Постижение это закрепляется в форме знаний мысленного (понятийного, концептуального, интеллектуального) моделирования действительности. Соответственно этому науку принято определять как высокоорганизованную и высокоспециализированную деятельность по производству объективных знаний о мире, включающем и самого человека. Вместе с тем производство знаний в обществе не самодостаточно, оно необходимо для поддержания и развития жизнедеятельности человека. Именно становление и развитие опытной науки в XVII столетии привело к коренным преобразованиям образа жизни человека.
Другими словами, наука в ее современном понимании является принципиально новым фактором в истории человечества, возникшим в недрах новоевропейской цивилизации в XVI–XVII вв. Именно в XVII в. произошло то, что дало основание говорить о научной революции – радикальной смене основных компонентов содержательной структуры науки, выдвижении новых принципов познания, категорий и методов.
Конечно, до XVII в. были периоды Средневековья и Возрождения. В течение первого из них наука находилась в полной зависимости от богословия и схоластики. Для этого времени типичны астрология, алхимия, магия, каббалистика и другие проявления оккультного, тайного знания. Алхимики пытались с помощью химических реакций, протекающих в сопровождении специфических заклинаний, получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия, создать универсальный растворитель. В качестве побочных продуктов их деятельности появились многие научные открытия, были созданы технологии получения красок, стекол, лекарств, сплавов и т. д. В целом развивающееся знание было промежуточным звеном между техническим ремеслом и натурфилософией и в силу своей практической направленности содержало в себе зародыш будущей экспериментальной науки.
В положительную сторону ситуация в средневековой науке стала меняться в XII в., когда в научном обиходе стало использоваться все научное наследие Аристотеля. Тогда, естественно, наука столкнулась с теологией и пришла с ней в противоречие. Разрешением этого противоречия стала концепция двойственности истины, т. е. признания права на сосуществование «естественного разума» наряду с верой, основанной на откровении. Но даже в этих обстоятельствах еще очень долгое время все опытное знание и выводы, полученные из него методом дедукции, признавались лишь вероятными, обладающими только относительной, но не абсолютной достоверностью. В тех условиях религиозная картина мира представлялась более очевидной по сравнению с философско-научной.
Однако постепенно накапливающиеся изменения привели к тому, что представление о соотношении веры и разума в картине мира стало меняться: сначала они стали признаваться равноправными, а затем, в эпоху Возрождения, разум был поставлен выше откровения. В эту эпоху (XVI в.) человек стал пониматься не как природное существо, а как творец самого себя, что и выделяет его из всех прочих живых существ. Человек становится на место Бога: он сам себе творец, он – владыка природы. Снимается граница между наукой как постижением сущего и практически-технической деятельностью. Идет стирание граней между теоретиками-учеными и практиками-инженерами. Начинается математизация физики и физикализация математики, которая завершилась созданием математической физики Нового времени (XVII в.). У истоков ее стояли Н. Коперник, И. Кеплер, Г. Галилей.
В книге «Об обращении небесных сфер» (1543) польский астроном Н. Коперник отказался от традиционной (античной) геоцентрической (с Землей в центре Вселенной) модели мира и открыл гелиоцентрическую (с Солнцем как центром Вселенной) модель. Итальянский философ Д. Бруно, развивая идеи Н. Коперника, доказал, что у Вселенной нет центра, она беспредельна и состоит из бесконечного множества звездных систем. Немецкий ученый И. Кеплер внес огромный вклад в постижение законов движения планет, сформулировав два таких закона: первый заключается в том, что все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, и второй – в том, что радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади.
Итальянский физик и астроном Г. Галилей (1564–1642) впервые объединил эксперимент с математикой, рассматривал математические абстракции как законы, управляющие физическими процессами в мире опыта, всячески развивал идею систематического применения двух взаимосвязанных методов – аналитического и синтетического (он называл их резолютивным и композитивным). Главным достижением в механике было установление им закона инерции, принципа относительности, согласно которому равномерное и прямолинейное движение системы тел не отражается на процессах, происходящих в этой системе. Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов – линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Основное его сочинение «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой» (1632).
Великий английский физик И. Ньютон (1643–1727 гг.) завершил коперниковскую революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы – силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. Заслуга И. Ньютона была в том, что он соединил механистическую философию Р. Декарта, законы И. Кеплера о движении планет и законы Г. Галилея о земном движении, сведя их в единую всеобъемлющую теорию. После целого ряда математических открытий И. Ньютон установил следующее: для того чтобы планеты удерживались на устойчивых орбитах с соответствующими скоростями и на соответствующих расстояниях, определяющихся третьим законом И. Кеплера, их должна притягивать к Солнцу некая сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца; этому же закону подчиняются и тела, падающие на Землю.
Главным трудом И. Ньютона явилась книга «Математические начала натуральной философии», опубликованная в 1687 г. Известно, что И. Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения.
И. Ньютон был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением свести все к механике И. Ньютон поддерживал механистический материализм (механицизм). Несмотря на свои огромные достижения в области естествознания, Ньютон глубоко верил в Бога, очень серьезно относился к религии. Он был автором «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса», «Хронологии». Это приводит к выводу, что для И. Ньютона не было конфликта между наукой и религией, в его мировоззрении уживалось и то и другое.
Отдавая дань столь великому вкладу ученого в становление и развитие научной картины мира, научную парадигму этого периода или научную революцию XVI–XVII вв. называют ньютоновской. И это вторая в истории европейской науки картина мира после аристотелевской. Ее основными достижениями можно считать:
1) натурализм – идею самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами;
2) механицизм – представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности;
3) квантитативизм – универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья;
4) причинно-следственный автоматизм – жесткую детерминацию всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики;
5) аналитизм – примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья;
6) геометризм – утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума. Еще одним важнейшим итогом научной революции Нового времени стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Кроме того, в результате этой революции в науке утвердился гипотетико-дедуктивный метод познания.
В прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их изучение показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию. Наибольший вклад в создание этой теории внесли датский физик X. Эрстед (1777–1851), английские физики М. Фарадей (1791–1867) и Д. Максвелл (1831–1879) и др. В результате их открытий было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля.
В конце XIX – начале XX вв. в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили представления о существующей на тот момент картине мира. Прежде всего это были открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии.
Если раньше последними неделимыми частицами материи, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Электрон открыл в 1895 г. английский физик Д. Томсон (1856–1940). Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).
Первую модель строения атома предложил английский ученый Э. Резерфорд (1871–1937). Согласно этой модели атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показал, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и что для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована в 1913 г. выдающимся датским физиком Н. Бором (1885–1962), который предположил, что при вращении по т. н. стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.
В 30-е гг. XX в. было сделано другое важное открытие, которое показало, что элементарные частицы, например электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля – свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы.
Н. Бор сформулировал свой знаменитый принцип дополнительности, согласно которому некоторые эффекты и процессы можно объяснить волновой теорией, другие – квантовой. Поэтому следует использовать разные формулы и из волновой, и из квантовой теорий для более полного описания процессов. Именно в это время возникает новая волновая, или квантовая, механика для описания процессов, происходящих в мире мельчайших частиц – микромире.
По словам великого немецкого физика В. Гейзенберга(1901–1976), в квантовой механике неимоверно возросло значение эксперимента: «Наблюдение играет решающую роль в атомном событии, и реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы ее или нет»[1]. Из данного обстоятельства, заключающегося в том, что сам измерительный прибор влияет на результаты измерения и участвует в формировании изучаемого явления, следовало, во-первых, представление об особой «физической реальности», которой присущ данный феномен, а во-вторых, представление о субъектно-объектном единстве как единстве измерительного прибора и изучаемой реальности. «Квантовая теория уже не допускает вполне объективного описания природы»[2].
Итак, принципиально новыми моментами в исследовании микромира с позиций квантовой механики стали следующие:
1) каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами;
2) вещество может переходить в излучение (аннигиляция частицы и античастицы дает фотон, т. е. квант света);
3) можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с определенной вероятностью;
4) прибор, исследующий реальность, влияет на нее;
5) точное измерение возможно только при потоке частиц, но не одной частицы.
Другая фундаментальная теория современной физики – теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной теории относительности получил дальнейшее применение установленный еще Г. Галилеем принцип относительности в механическом движении. Также эта теория впервые ясно показала, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся тел и их пространственно-временной метрикой. А. Эйнштейн (1879–1955), выдающийся американский ученый, физик-теоретик, сформулировал некоторые основные свойства пространства и времени исходя из своей теории:
1) их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире (если такие есть);
2) их абсолютность – они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования;
3) неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей;
4) единство прерывности и непрерывности в их структуре – наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве;
5) количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи – невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств. По существу относительность восторжествовала и в квантовой механике, т. к. ученые признали, что нельзя:
1) найти объективную истину безотносительно от измерительного прибора;
2) знать одновременно и положение, и скорость частиц;
3) установить, имеем мы в микромире дело с частицами или с волнами. Это и есть торжество относительности в физике XX в. Учитывая столь огромный вклад в современную науку и большое влияние на нее А. Эйнштейна, третью фундаментальную парадигму в истории науки и естествознания назвали эйнштейновской.
Другие основные достижения современной научно-технической революции сводятся к созданию ОТС – общей теории систем, позволившей взглянуть на мир как на единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем.
В 1970-х гг. появилось такое междисциплинарное направление исследований, как синергетика, изучающая процессы самоорганизации в системах любой природы: физических, химических, биологических и социальных.
Произошел огромный прорыв в науках, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники. В свою очередь живые системы послужили для химии природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений.
Говоря о революциях в естествознании (а их всегда как минимум выделяют три: аристотелевскую, ньютоновскую и эйнштейновскую) следует отказаться от наивных и предвзятых представлений о них как процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки и прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала, а признать и принять весьма актуальный в связи с существующей проблемой «радикальных прорывов» в науке принцип соответствия Н. Бора, который гласит, что ни одна новая теория не отрицает начисто предыдущую, а вбирает ее в себя на правах частного случая.