Kitobni o'qish: «Концепции современного естествознания. Учебное пособие»

Введение

Естествознание выступает одним из наиболее важных элементов духовной культуры общества. Современное образование включает гуманитарное, естественно-научное и техническое знания. Если гуманитарное знание формирует общую культуру человека, делает гибким его мышление, позволяет найти устойчивые ориентиры в культуре и общественной жизни, то знание естественно-научное составляет основу, базис для представления о мире в целом.

Без данных естествознания рассуждения о мире и месте в нем человека превращаются в простые теоретические выкладки, а мировоззрение – в легенду о мироздании.

Отдельные науки не в силах создать целостную картину природы, общества и человека. Для целостного видения мира необходимы обобщение, обработка и критический анализ основных, принципиальных результатов естествознания, которые вошли в современную культуру.

Изучение курса «Концепции современного естествознания» способствует формированию у студентов научного мировоззрения, основы для понимания значительной части содержания технических, экономических и гуманитарных дисциплин. Изучение курса способствует формированию способности анализировать и применять, использовать естественно-научные знания в профессиональной деятельности специалиста.

Естествознание исследует мир таким, какой он существует в своем естественном состоянии, не зависимом от сознания человека.

Современными концепциями по сути являются не только взгляды, теории и позиции, возникшие в последние сто или пятьдесят лет; последнее слово науки не обязательно то, которое высказано в последнее время.

Современными являются концепции, лежащие в основе современных представлений о мире, в основе наиболее выдающихся результатов естествознания, в основе современной культуры.

Современно то, что в настоящее время оказывает наибольшее влияние на развитие естествознания и на мышление человека.

В курсе «Концепции современного естествознания» раскрывается специфика научного знания и история науки, анализируются физическая картина мира, различные уровни организации материи, сущность, происхождение и эволюция живого, возникновение человека и особенности техногенной цивилизации. Учебное пособие написано авторским коллективом кафедры философии Саратовского государственного технического университета.

Лекция 1. Предмет курса, специфика научного знания

1. Предмет и актуальность курса

Предметом курса «Концепции современного естествознания» являются наиболее общие, фундаментальные представления о мире, складывающиеся в рамках основных направлений естествознания и выражающие специфические особенности концепции картины мира, присущие данным конкретным наукам.

Каждая наука видит мир по-своему, исходя из своих оснований, установок, объектов исследования и используемого категориального аппарата, с помощью которого описывается, артикулируется реальность. Один и тот же объект, феномен реальности, может быть исследован различными науками, описан различными системами категорий. В курсе «Концепции современного естествознания» анализируются концепции, выражающие суть и основные позиции различных наук в отношении фундаментальных проблем развития реальности.

Со времен античности наиболее общие представления о мире, о его строении вырабатывались в рамках натурфилософии. В настоящее время такие представления естествознания часто называются «естественной философией» или «философствующим естествознанием». Это не является случайным. Для того чтобы выйти на описание наиболее общих проблем реальности, заняться анализом основ и смыслов современного естествознания, необходим выход за границы частных наук в области метанауки и философии. Необходимо использование всеобщих категорий и понятий, отражающих всеобщее.

Таким образом, естественно-научный анализ реальности должен дополняться метанаучной и философской рефлексией. Это тем более необходимо для критического осмысления результатов научных исследований и критического анализа предпосылок самих наук.

Чтобы понять объект, необходимо уточнить его границы, дойти до его предельных оснований, выявить их истинность и определить их потенциал. В отношении такого объекта, как наука, это возможно лишь с позиции философии.

Знание современной картины мира, представленной в концепциях естествознания, представляет собой один из основных аспектов актуальности курса. Существующая односторонняя специализация профессионалов, специалистов либо в физике, либо в биологии, либо в области гуманитарного знания, определяет одностороннее видение мира. Курс «Концепции современного естествознания» дает в концентрированном виде более многостороннее и многообразное знание.

Актуальность курса также связана с исследованием проблемы человека. В рамках курса философии анализируются сущностные параметры человека, выявляется его роль как субъекта общественного процесса. Однако для понимания человека необходимы также знание конкретных процессов развития Вселенной, интерпретация химических и физических процессов, законов генетического развития, к примеру таких, как закономерности дрейфа генов, осмысление взаимоотношений различных процессов – физических, химических, генетических. Интересна в этой связи мысль астронома Д. Джинса: «Наши тела состоят из пепла давно угасших звезд». Оказывается, первоначально Вселенная состояла только из двух элементов: водорода и гелия. Все остальные элементы возникли в недрах звезд в результате различных реакций и чудовищного давления и затем после катаклизмов, гибели звезд разлетелись по бескрайним просторам Космоса, в своих соединениях дали начало жизни.

Главной задачей изучения курса «Концепции современного естествознания» является отчетливое определение смысла и границ, возможностей науки, ее значения как феномена культуры. Кроме этого, важнейшей задачей выступает рассмотрение в единстве и взаимосвязи наиболее фундаментальных проблем современной науки, определяющих основы и вектор развития современного мировоззрения человека.

Существуют различные, иногда противоречивые позиции в отношении к науке: от веры в ее могущество до полного сомнения либо представления, что наука ничем не отличается от мифа. Такие крайние позиции называются сциентизмом и скептицизмом.

Сциентизм – вера в науку как единственную спасительную силу, способную привести человека к познанию мира. Сциентизм исходит из рациональной идеи полной прозрачности реальности для разума и отождествления научного разума со светом, способным осветить все темные закоулки познания. Скептицизм – направление, в котором возможности объективного анализа действительности подвергаются сомнению.

Сциентизм и скептицизм являются крайними и односторонними позициями, интерпретирующими науку и научную формы познания. С одной стороны, поступательное развитие общества, на практике использующее результаты развития науки, доказывает односторонность позиции скептицизма. С другой стороны, нельзя забывать, что наука представляет собой лишь один из исторически сформированных способов видения мира, способов его познания и отображения. Нельзя включать в науку произвольно любые формы изыскания, исследования мира. Например, Джуна Давиташвили утверждает, что она занимается наукой, наградив на этом основании певца Майкла Джексона учеными степенями. Такая установка ведет, с одной стороны, к хаосу в понимании научного знания, а с другой – к расширительному пониманию науки. Однако истину можно познавать и иными, ненаучными средствами, например в рамках художественного творчества. Нельзя сказать, что искусство как способ познания мира более ущербно, чем наука. Просто это другой способ исследования. В нем для познания, обнаружения сути предмета может, как в сюрреализме Сальвадора Дали, искажаться его форма. Чтобы не путаться с понятием науки, необходимо дать определение науки, выяснить критерии науки и сравнить ее с другими способами освоения окружающего мира, выявить специфику научной формы мышления, научной формы познания.

2. Специфика научной формы познания

Если обратиться к этимологии самого слова «наука», то в переводе с латинского оно означает «знание». Однако не всякое знание является наукой; научное знание построено на принципах непротиворечивости, доказательности, проверяемости, оно составляет систему, которая рассматривает мир с позиции истинности. Современная наука – это такая сфера деятельности людей, специальной задачей которой является выработка знаний, проверка и доказательство их истинности, сопровождение практической деятельности человека с целью ее оптимизации.

Наука – это целенаправленный, осознанный способ познания мира, исходящий из возможности его понимания. Понимание – это такое овладение знанием, в результате которого оно может быть выражено через понятие. Создание понятий и их прояснение – одна из основных задач науки. Каждое понятие в науке должно быть определено, т. е. выражено в кратком определении. Умение составить понятие и дать его определение, в котором выражены основные качества и характеристики исследуемого объекта, отличает ученого от художника или просто обывателя.

Предметом изучения науки являются явления окружающего мира. Наука выявляет законы развития реальности, формулирует их. Закон – это необходимые, устойчивые, существенные, повторяющиеся связи и отношения реальности, т. е. закон не есть нечто мистическое и существующее помимо реальности. Законы – это связи и отношения, существующие между предметами реальности, но связи не всякие, не случайные, не поверхностные и более глубинные, обладающие четырьмя обязательными атрибутами: необходимостью, устойчивостью, существенностью, повторяемостью. Любой объект проявляется лишь через отношение к другому, противоположному объекту и не существует вне своих связей. Стало быть, любой объект так или иначе включается в систему связей и отношений, в которой проявляются законы. Чем более разнообразны связи объекта, тем больше он проявляет свой потенциал, развивается через отношения к другим объектам. В особенности это касается человека, чей потенциал никогда не существует в статике, – он может либо возрастать, развиваться, либо ограничиваться, сокращаться.

Главной особенностью науки является установка на познание, достижение истины. Фундаментальные науки часто ориентируются на достижение истины ради самой истины. Прикладные науки больше направлены на решение практических задач. Без фундаментальных исследований, ставящих целью выявление основополагающих законов и принципов развития реальности, прикладные науки заходят в тупик.

Другими особенностями научного знания являются: его рациональность, системность, интерсубъективность, понимаемая как общезначимость, общеобязательность, наличие специальных методов познания и специального языка понятий, категорий для максимально точного и непротиворечивого выражения полученных знаний. В современной науке существуют организации ученых, координирующие исследования, наличие необходимых материалов, технологий, средств фиксации информации.

Как уже было отмечено, познавать мир можно различным образом и нельзя приписывать задачи и возможности познания мира только науке. Можно отметить религиозное познание, использующее мистическую интуицию и уточняющее те или иные религиозные догмы; эстетическое познание, отражающее мир в духовных образах и выявляющее соответствие предметов эстетическим ценностям, идеалам гармонии и красоты; этическое познание как отражение мира в соответствии с нормами и законами морали и пр. Наука, в отличие от данных форм, – это познание мира в понятиях, ставящее целью поиск истины. В искусстве, эстетике отсутствует в качестве обязательного императив необходимого осознания, общезначимости, понимания. Например, сюрреалист Сальвадор Дали подчеркивал, что он не знает, что именно он изображает, создает, – картина создается помимо сознания и осмысления. Осмысливает ученый, а художник только рисует; чтобы создавать гармонию, необязательно знать понятие гармонии, но для создания научной теории необходимо знать и осознавать понятия. Наука отличается от искусства и других явлений культуры тем, что ее содержанием является объективная истина. Художественное творчество отличается от научного направленностью на выражение субъективного начала; в художественном произведении обязательно присутствует субъективное видение художника.

В общественной жизни наука играет существенную роль, которая возрастает с течением времени. Возможно выделить следующие функции науки в современном обществе:

1) гносеологическую (познавательную);

2) мировоззренческую;

3) методологическую;

4) систематизирующую;

5) производственно-практическую;

6) прогностическую.

Можно выделить и другие, менее значительные функции, например объяснительную, описательную и т. д. В развитии науки могут появляться и новые функции, которые сейчас проявляются в неявном виде.

3. Возникновение науки

Существуют различные представления о возникновении науки. Например, возникновение науки в целом может связываться с появлением какой-либо отдельной науки либо возникновением какой-либо формы научной деятельности – эксперимента, логического доказательства и прочего.

На самом деле наука возникла как особая форма мышления и познания мира. Предпосылки науки лежат в особенностях универсальной культуры. До возникновения науки человек получал достаточно достоверные знания, используя их в практической деятельности. Наши предки располагали достаточно высокоразвитыми космологическими, медицинскими, экологическими представлениями, которые могли быть даже более адекватными и результативными на практике, чем научные теории недавнего времени. «Изобретатели мифов» овладели огнем, нашли способ его применения и сохранения. Они открыли севооборот, возможности приручения животных, выведения новых пород животных и сортов растений. Они «изобрели» колесо, хотя в данном случае слово «изобретение» не подходит. В рамках донаучного знания не выдвигалось научных гипотез, не ставилось и не осмысливалось целей и задач исследования, но тем не менее совершались великие открытия. На Востоке были открыты компас, порох, книгопечатание. Не случайно позже представители «науки» (например, Н. Коперник) признавали, что они взяли свои идеи у древних. Наука всегда обогащалась за счет ненаучных методов и результатов. Однако ненаучное познание – это своего рода поиск вслепую, без целенаправленной установки, а часто и без результатов.

Донаучное знание существовало в первобытных синкретических и традиционалистских цивилизациях. Ростовский философ М. К. Петров выделяет присущие этим культурам способы социального кодирования: лично-именной и профессионально-именной. По закономерностям лично-именного способа социального кодирования человек приобщается к социальной действительности через вечное имя – носитель определенной социальной функции. Знания накапливаются, хранятся и передаются вместе с именем. Получающий имя отождествляет себя с предшествующими носителями этого имени, целиком растворяется в их правах и обязанностях. Вместимость социальной памяти ограничивается возможностями интеллекта одного человека, который передает вместе с именем свое знание и свой опыт. Знание не подвергается сомнению, поскольку обладает свойством всеобщности, общезначимости, оно не оценивается с позиции истинности.

По закономерностям профессионально-именного способа социального кодирования личность включается в общественную жизнедеятельность по профессиональной составляющей, которую она осваивает в институте семьи. Традиционалистское общество – целостность профессионально-кастового типа. Знания накапливаются, хранятся и передаются в рамках одной касты. Собственником знания является бог – покровитель данной профессии. Знания не предназначены для представителей другой касты. Каждая каста обладает отдельным, узким профессиональным знанием, служащим в практической жизни и помогающим выжить. Это знание дается богом, и поскольку бог не может иметь ошибочное знание, оно не подвергается сомнению, а значит, и не ставится проблема истинности знания. Использование знания сопровождается определенными ритуалами поклонения богу – собственнику данного знания. Такие ритуалы, традиции до сих пор сохранились в некоторых видах деятельности, например в сельском хозяйстве. Все знания имели сугубо прикладной характер, например астрология существовала не из чисто теоретического интереса к строению мира и небесных тел, а потому, что нужно было определять время разлива рек для сельскохозяйственных работ, составлять гороскопы.

В качестве общего инструмента, систематизирующего знания по мере возможности, выступает мифология. Мифология в синкретической и традиционалистской культуре выступает в роли всеобщей формы отражения реальности, формирующего мировоззрение человека, его общие представления о роли и месте человека в системе мироздания, его возможностях, его взаимоотношениях с богами и природой. Мифология – это недифференцированное синкретическое знание, не делящее мир на части; в мифе все возможно – любые превращения и любые высказывания о мире безотносительно к истине, потому что основное содержание знания передается не понятиями, а символами и образами. Высшим уровнем мифологического сознания является мудрость. Мудрость – мифологическая рефлексия культуры, констатирующая расстановку предельных противоречивых оснований жизни человека в синкретическом единстве с миром. Мудрость не анализирует и не исключает противоречия, она их только обозначает как данность. Задачей мудрых высказываний является не выяснение истинности, а фиксация того, что есть, как бывает в жизни, обучение человека умению выбора поступков, необходимых для индивидуального выживания. Выявление же истины необходимо для решения более перспективных задач, ставящихся уже в рефлексии понятийного масштаба, а именно: оно может быть сопряжено с гибелью отдельного человека, но выживанием всего общества.

Возникновение науки связано с разрушением каст и кастового знания. Согласно гипотезе М. К. Петрова в античной Греции во «времена Одиссея» начинается закономерное разрушение общественных каст, возникает универсальный человек и единое знание. Объединение кастовых знаний позволило заметить противоречия между ними. Для обработки знаний стала использоваться логика, а для накопления, хранения и передачи универсального знания стали использоваться новые формы мышления – универсальные понятия. Таким образом, возникает универсально-понятийный способ социального кодирования, универсальная культура. Философия, а затем и наука возникают как формы выражения универсально-понятийного способа социального кодирования, хранения и передачи знания, включающего его анализ и логическую обработку. Такой процесс начала науки обычно называется переходом от мифа к логосу. В античности появляется рациональность как мышление понятиями, оперирование идеальными объектами как новый метод познания реальности.

Обнаружение противоречий знания позволило дать место сомнению в них. Впервые отчетливо, осознанно ставится вопрос об истинности знания и реальность делится на две части: мир по мнению и мир по истине. Место мудрости начинает занимать философия – форма сознания, использующая мудрость с целью поиска истины и рассматривающая наиболее общие фундаментальные основы, законы и принципы бытия. Существующие в рамках философии натурфилософские составляющие, знания, содержание, анализ частных и конкретно-эмпирических структур и фрагментов реальности постепенно становятся относительно автономными направлениями исследования мира. Таким образом, от философии начинают отделяться, «отпочковываться» более частные науки. Однако они не теряют связь со «всеобщей» наукой, более того, в их рамках возникают собственные метанаучные рефлексии.

4. Проблема единства научного знания

Не все науки возникли путем «отделения» от философии, некоторые из них, такие как математика, медицина, астрономия, формировались из мифологического сознания параллельно философии и во взаимодействии с ней. Указанные формы знания превратились в науки также через общий механизм выработки универсальных понятий; роль становящейся философии в возникновении данных наук состоит в методологической рефлексии их основ и предпосылок, определении общего «объема» универсума, подлежащего исследованию.

С возникновением наук запускаются процессы их дифференциации и интеграции. Онтологическое основание тенденции к дифференциации научного знания составляют неисчерпаемость реальности, бесконечное разнообразие явлений действительности, несхожесть и специфика различных сфер и их неизбежная отграниченность друг от друга. Объективную основу интеграции знания составляют единство мира, принципиальная общность свойств всех его уровней и законов. Единство – это характеристика взаимоотношений элементов системы, отражающая их взаимопроникновение и взаимодополнение, бытие одного через другое и одного в другом. Единство научного знания доказывалось длительным развитием наук, когда для решения новых проблем и исследования новых объектов из одной или нескольких дисциплин возникали новые науки, сохраняя связь между собой и своими «прародителями».

В настоящее время можно выделить следующие основные направления научного знания: естествознание, обществознание, техническое знание. Естествознание – это знание о природе, натуральных законах развития. Одним из необходимых условий существования и получения такого знания является возможность его эмпирической опытной проверки. Обществознание – знание о различных видах и формах жизни общества и человека как мыслящего существа. Этот вид знания иногда называют гуманитарным. Техническое знание – знание о системе и законах развития искусственной среды, «второй природы», созданной человеком. Можно различать также науки фундаментальные и прикладные. Дифференциацию научного знания можно определять по следующим параметрам:

1) по предмету исследования. Предметом естествознания является объективный мир без субъективного воздействия человека; предметом обществознания выступает общество и человек в их объективно-субъективном измерении; предметом технического знания выступает искусственный мир «второй природы»;

2) по объекту исследования. Естественные науки изучают вещи, предметы, их отношения и состояния, т. е. объекты материального мира; обществознание имеет дело не с материальными предметами и их свойствами, а с людьми и их отношениями. Объект социального исследования – тесное переплетение материального и идеального, объективного и субъективного, духовной и практической деятельности человека. Объект техникознания – предметы, созданные человеком и развивающиеся во взаимодействии с ним;

3) по отношению к субъективному фактору. Естествознание рассматривает мир вне контекста морали, свободного выбора и ответственности за действия, этический момент может присутствовать лишь в деятельности ученого. Обществознание исследует роль свободного выбора в становлении человека, занимается анализом ценностных систем и нравственных принципов. В нем происходит оценка явлений с точки зрения добра и зла, справедливого и несправедливого. Техникознание также учитывает роль субъективного фактора;

4) по рефлексивности. Природа монологична, она являет себя через человека молча, без речевой артикуляции. В обществе возникает диалог личностей, текстов, культур. Техника выступает как вариант диалога человека с природой и самим собой;

5) по методам исследования. В естествознании и техникознании используются преимущественно количественные методы. В обществознании объект исследования анализируется преимущественно со стороны качества.

Таким образом, можно отметить, что техникознание в значительной степени интегрировано в естествознание и общественные науки.

Структура естествознания является отражением логики природы. Выделяются физические, химические, биологические, геологические, космологические и иные научные знания. Каждая из наук формирует свою картину мира; для создания общей картины мира необходим анализ оснований каждой науки со стороны философии.

В качестве общеметодологических могут выступать также такие направления знания, как математика, синергетика, кибернетика. Возможность существования всеобщего и общеметодологического знания является одной из характеристик единства научного знания.

Единство научного знания также проявляется в наличии общей универсально-понятийной формы его существования, общих принципов строения знания, использовании в различных науках общих (всеобщих) методов познания и общих философских и метанаучных категорий, тенденциях интеграции наук и возникновении в поле их границ новых научных дисциплин, а также в возникновении комплексных отраслей научно-технической деятельности.

Примерами интеграции научного знания могут послужить математизация экономики, психологии, возникновение социобиологии, социальной экологии и других «современных» наук.

Можно выделить следующие основные направления интеграции научного знания на современном этапе:

1) перенос идей и представлений из одной области знания в другую;

2) эффективное использование понятийно-концептуального аппарата, методов и иных познавательных средств одних областей науки другими;

3) формирование комплексных, междисциплинарных проблем и направлений исследований. Особую разновидность комплексных проблем представляют собой глобальные проблемы;

4) формирование новых научных дисциплин «пограничного» типа на стыках известных ранее областей знания;

5) сближение наук, различающихся своими предметными областями, усиление взаимосвязи и взаимодействия естественных, общественных и технических наук;

6) сближение научных дисциплин различных типов – фундаментальных и прикладных, эмпирических и теоретических, высокоформализованных и описательных и др;

7) универсализация средств языка науки;

8) выработка региональных и общенаучных форм и средств познания;

9) усиление взаимодействия между философией и нефилософским (частнонаучным) знанием, увеличение разнообразия каналов и форм связи между ними;

10) усиление интегративной роли философии.

Таким образом, развитие и дифференциация современной науки сопровождаются интеграцией ее различных направлений и отраслей, воспроизводством единого научного знания. Наука развивается как особая специфическая форма познания мира.

Лекция 2. Роль философии в становлении новой научной парадигмы

1. Фундаментальные философские проблемы. Проблема развития

Новая научная парадигма, свидетелями становления которой мы являемся, ставит вопрос о месте и роли философии в новых научных представлениях о действительности. Выдающийся физик и космолог современности С. Хокинг пишет о том, что современная физика дошла до того предела, когда чисто научными (физическими) методами невозможно решить существующие проблемы, поскольку эти методы перестают работать в предельных (сингулярных) областях. Он прямо говорит о том, что необходим «выход» в философию, считая унижением для философии с ее великими традициями от Аристотеля до Канта заниматься вопросами вроде анализа языка.

На таких переломных моментах, один из которых переживает современное естествознание, методологическая роль философии становится определяющей. Здесь в полной мере актуален афоризм Гегеля: «Сова Минервы (богини мудрости) вылетает в сумерки». Философские методы хорошо работают там и тогда, где и когда не работают научные подходы, т. е. в предельных, экстремальных ситуациях.

Можно говорить о различных аспектах философских представлений о действительности. Остановимся лишь на 3-х фундаментальных философских проблемах: соотношении материального и идеального, месте и роли отношений и проблеме развития, – которые невозможно обойти в рамках современной научной картины мира.

В настоящее время «сквозной» для различных наук становится идея развития. Если в прошлом развитие связывалось прежде всего с биологическими и социальными процессами, то сегодня принцип развития, идеи эволюции проникают и в науки о неживой природе. «Насквозь эволюционной» стала в XX столетии астрофизика. Созданы теории эволюции Метагалактики, галактик, звезд, планетных систем. Все они стыкуются друг с другом в единую эволюционную последовательность событий, причем в последовательности элементарные частицы ядра – атомы – молекулы, реализующейся в процессе эволюции Вселенной, монотонно возрастает сложность структур. Это дает основание некоторым исследователям рассматривать данный процесс в качестве прогрессивной эволюции, происходящей в результате естественного отбора наиболее устойчивых частиц, способных к дальнейшему объединению в изменяющихся внешних условиях.

Вся история Вселенной может быть описана как последовательная смена ряда эпох: эры Планка, эры великого объединения, адронной эры, лептонной эры, плазменной эры, современной эпохи. Не случайно для описания эволюции Вселенной используются биологические термины. Существует аналогия эволюционных процессов в астрофизике и биологических системах. В обоих случаях переход систем от одного устойчивого состояния к другому происходит в результате неустойчивости предшествующего состояния, причем существует несколько вариантов выхода из этой неустойчивости, т. е. имеется выбор. В этом смысле эволюция звезд напоминает эволюцию живых существ, у звезд также идет своего рода борьба за существование, конкуренция за вещество. Существует и еще один аспект взаимосвязи космической и биологической эволюции. Характерна точка зрения, согласно которой биологическая эволюция должна рассматриваться в качестве следствия эволюции Вселенной.

В настоящее время идеи развития начинают плодотворно использоваться в экологии. Здесь преодолевается односторонний подход, игнорирующий идею развития и рассматривающий живую природу как нечто завершенное в своем развитии.

Интерес к эволюционным процессам в значительной степени связан с успехами термодинамики неравновесных процессов. Результаты, полученные в этой науке, оказали влияние на изменение научной картины мира. Было показано, что существует особый класс необратимых процессов, характеризующихся возникновением структур вдали от положения равновесия при особых внутренних и внешних условиях. Наука, изучающая такие системы, получила название синергетики, а сами системы И. Пригожий предложил называть диссипативными. Подобные структуры могут возникать в природе во всех случаях, когда выполняются следующие условия: система является термодинамически открытой (т. е. может обмениваться веществом или энергией с окружающей средой); динамические уравнения системы нелинейны; отклонение от равновесия превышает критическое значение; микроскопические процессы носят кооперативный (согласованный) характер.

Дэвид Бом в рамках концепции голографической Вселенной описывает природу реальности как неразрывное целое, вовлеченное в бесконечный процесс изменения – холодвижение, являющееся первоначальной фундаментальной сущностью, порождающей все в мире (в т. ч. объекты).

Следует подчеркнуть неразрывную связь изменчивости с устойчивостью, которая является столь же фундаментальной, существенной чертой мира. Изменчивость и устойчивость выступают в универсуме в качестве различных сторон единой сущности – определенного состояния объектов. Они взаимно полагают и дополняют друг друга, образуя при этом континуум – непрерывную совокупность, неразрывное единство и целостность. С этой точки зрения любой объект выступает как единство состояний изменения и покоя, каждое из которых не существует без другого, возможно лишь по отношению к другому и может быть выделено и рассмотрено отдельно лишь при логическом анализе.

2. Место и роль связей и отношений между объектами и их элементами

Одной из общих тенденций развития является рост числа связей между развивающимися объектами и их элементами. Общество от первобытно-общинного строя до зарождения капитализма развивалось в основном в локальных культурных центрах. Его развитие сопровождается ростом числа связей. Тенденция роста числа связей и взаимообусловленностей в общественном развитии ярко проявляется и по отношению к отдельному человеку. Поскольку человек оказывается включенным в различные, многочисленные общественные системы, его развитие в существенной степени зависит от числа его связей с окружающим миром и другими людьми. Если общение первобытного человека было ограничено контактами внутри своей общины, то сфера контактов современного человека через систему прямых и опосредованных связей охватывает все человечество. Повышение роли человеческого фактора, рассмотрение человека как действительной «меры всех вещей» предполагает дальнейший рост богатства его связей с предметами и явлениями окружающей действительности, другими людьми.

Следует отметить, однако, что быстрое развитие средств связи и коммуникации не только открывает новые перспективы «диалога» культур, но и может способствовать унификации культур, которая низводит до уровня фольклора национальные и культурные особенности и превращает культуру в товар, обмениваемый на мировом рынке. Из этого вытекает необходимость соответствующей дифференциации связей, учета направления их действия.

Общественное развитие в значительной степени зависит от развития науки, для которой также характерен рост числа связей, в т. ч. между ней и обществом. Наука проникает не только в производственную сферу, но и входит в каждый дом вместе с достижениями НИР. Следует выделить и такие тенденции, как рост числа научных работников, создание коллективов исследователей для решения научных проблем, бывших в прошлом уделом ученых-одиночек. Подобные тенденции в существенной степени связаны с тем, что наука переходит к изучению все более сложных объектов, содержащих большое число элементов и связей, характеризующихся системностью и иерархичностью.

Следующий шаг после констатации многообразия связей и отношений действительности – их дифференциация, выявление качественного многообразия, несводимости друг к другу. Учет качественного многообразия связей характерен для современного научного познания. Так, Дж. Холтон подчеркивает, что результаты научной деятельности следует рассматривать в качестве некоторого события, расположенного на пересечении таких траекторий, как индивидуальные, личные усилия ученого; публичное научное знание, разделяемое членами научного сообщества; совокупность социологических факторов, оказывающих влияние на развитие науки; общий культурный контекст данного времени, значение которого открывается, например, когда обнаруживается, чем был обязан Нильс Бор философским и литературным произведениям.

Ф. Капра, отмечая существующее фундаментальное единство Вселенной, подчеркивает, что все объекты начиная с элементарных частиц не есть независимо существующие сущности. По существу они являются системой связей и отношений, простирающихся вовне, к другим объектам. Такой сдвиг от объекта к взаимосвязям имеет далеко идущие последствия и для науки и в целом, и для общества. Взаимосвязи как связи общения следует ввести во все определения, которые изучаются со школьной скамьи. Всякую вещь следует определять не тем, что она есть в себе, а ее связями с другими вещами.

М. Ожэ, подчеркивая ту же мысль, пишет о том, что теории об индивидууме должны рассматривать не столько проблемы половых и возрастных различий, сколько идти дальше, вглубь, изучая отношение к любому другому лицу. Всякое восприятие идентичности проходит через восприятие отношения. И это является высшим достижением, последним словом антропологии.

Существует глубокая зависимость эволюции, развития от числа связей, сложности систем. Рост числа связей приводит к качественным изменениям. По оптимистической оценке некоторых ученых в перспективе прогрессирующее усложнение кибернетических устройств вполне может привести к созданию систем, способных обучаться на основе накопленного опыта, перестраивать методы решения задач в зависимости от ситуации и самовоспроизводиться как в физическом смысле, так и в смысле передачи накопленных знаний последующим поколениям. Эти развивающиеся, самоэволюционирующие кибернетические системы в один прекрасный день могут поселиться на Земле среди людей.

Тесное взаимопроникновение и обусловленность изменений, развития и связей носят объективный характер. Открытость большинства систем во Вселенной наводит на мысль, что для реальности характерны не столько порядок и стабильность, равновесие, сколько неустойчивость и неравновесность. С позиций синергетики в состояниях, далеких от равновесия, слабые флуктуации могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих старую структуру и создающих в процессе самоорганизации новый порядок и организацию из хаоса.

Наряду с отношениями связи всеобщий характер имеют отношения обособленности. Отношения связи и обособленности на самом деле не могут существовать друг без друга. Выделение каждого из них возможно лишь в результате противопоставления другому. Причем речь не идет лишь о гносеологической процедуре. Существуют онтологические основания подобного единства, отношения взаимодополнительности и взаимообусловленности. В этом смысле любой объект предстает как определенная подвижная, пульсирующая совокупность внутренних и внешних отношений, в которых связь и обособленность находятся в различных сочетаниях, где может превалировать то одно, то другое, но всегда существует их неразрывное единство.

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.

Лекция 4. Принципы, категории и законы физической картины мира

Что понимается под физической картиной мира? Под физической картиной мира мы будем понимать образ мира, складывающийся как в результате деятельности сообщества физиков, так и в результате логико-методологического и философского осмысления и критики этого образа.

Смысловыми блоками – этапами построения физической картины мира – являются: классическая физика, включающая механику, оптику, термодинамику, электродинамику, и неклассическая физика, включающая специальную и общую теорию относительности, квантовую механику, квантовую теорию поля, элементы построения единой теории поля.

1. Классическая физика. Классическая механика

Возникновение классической механики явилось началом превращения физики в строгую науку, т. е. систему знания, утверждающую истинность, объективность, обоснованность и проверяемость как своих исходных принципов, так и своих конечных выводов. Это возникновение происходило в XVI–XVII в. и связано с именами Галилео Галилея, Рене Декарта и Исаака Ньютона. Именно они осуществили «математизацию» природы и заложили основы экспериментально-математического взгляда на природу. Они представили природу как множество «материальных» точек, обладающих пространственно-геометрическими (форма), количественно-математическими (число, величина) и механическими (движение) свойствами и связанных причинно-следственными зависимостями, которые можно выразить в уравнениях математики.

Начало превращения физики в строгую науку было положено Г. Галилеем. Он сформулировал ряд фундаментальных принципов и законов механики. А именно:

1) принцип инерции, согласно которому, когда тело двигается по горизонтальной плоскости, не встречая никаких сопротивлении движению, движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца;

2) принцип относительности, согласно которому в инерциальных системах все законы механики одинаковы и нет возможности, находясь внутри, определить, движется она прямолинейно и равномерно или покоится;

3) принцип сохранения скоростей и сохранения пространственных и временных интервалов при переходе от одной инерциальной системы к другой. Это знаменитое галилеево преобразование.

Целостный вид логико-математически организованной системы основных понятий, принципов и законов механика получила в работах Исаака Ньютона, прежде всего в работе «Математические начала натуральной философии». В этой работе Ньютон вводит понятия: масса, или количество материи, инерция, или свойство тела сопротивляться изменению состояния покоя или движения, вес как мера массы, сила, или действие, производимое на тело для изменения его состояния.

И. Ньютон различал абсолютные (истинные, математические) пространство и время, которые не зависят от находящихся в них тел и всегда равны сами себе, и относительные пространство и время – подвижные части пространства и измеряемые длительности времени.

Особое место в концепции И. Ньютона занимает учение о силе тяготения, или гравитации, в котором он объединяет движение «небесных» и земных тел. Это учение включает утверждения:

1) тяжесть тела пропорциональна заключенному в нем количеству материи или массы;

2) сила тяжести пропорциональна массе;

3) сила тяжести, или тяготение, и есть та сила, которая действует между Землей и Луной обратно пропорционально квадрату расстояния между ними;

4) эта сила тяготения действует между всеми материальными телами на расстоянии.

В отношении природы силы тяготения И. Ньютон говорил: «Гипотез не измышляю».

Механика Галилея – Ньютона, развитая в работах Д. Аламбера, Ж. Л. Лагранжа, П. С. Лапласа, У. Р. Гамильтона, получила в итоге стройную форму, определяющую физическую картину мира того времени. Эта картина основывалась на принципах самотождественности физического тела; его независимости от пространства и времени; детерминированности, т. е. строгой однозначной причинно-следственной связи между конкретными состояниями физических тел; обратимости всех физических процессов.

2. Термодинамика

Исследования процесса превращения теплоты в работу и обратно, осуществленные в XIX в. С. Кално, Р. Майером, Д. Джоулем, Г. Гемгольцем, Р. Клаузиусом, У. Томсоном (лордом Кельвином), привели к выводам, о которых Р. Майер писал: «Движение, теплота… электричество представляют собой явления, которые измеряются друг другом и переходят друг в друга по определенным законам»³. Г. Гемгольц обобщает это утверждение Р. Майера в вывод: «Сумма существующих в природе напряженных и живых сил постоянна»⁴. Уильям Томсон уточнил понятия «напряженные и живые силы» до понятий потенциальной и кинетической энергии, определив энергию как способность совершать работу. Р. Клаузиус обобщил эти идеи в формулировке: «Энергия мира постоянна». Так совместными усилиями сообщества физиков был сформулирован фундаментальный для всего физического знания закон сохранения и превращения энергии.

Исследования процессов сохранения и превращения энергии привели к открытию еще одного закона – закона возрастания энтропии. «Переход теплоты от более холодного тела к более теплому, – писал Р. Клаузиус, – не может иметь места без компенсации»⁵. Меру способности теплоты к превращению Клаузиус назвал энтропией. Суть энтропии выражается в том, что во всякой изолированной системе процессы должны протекать в направлении превращения всех видов энергии в теплоту при одновременном уравнивании температурных разностей, существующих в системе. Это означает, что реальные физические процессы протекают необратимо. Принцип, утверждающий стремление энтропии к максимуму, называют вторым началом термодинамики. Первое начало – закон сохранения и превращения энергии.

Принцип возрастания энтропии поставил перед физической мыслью ряд проблем: соотношения обратимости и необратимости физических процессов, формальности сохранения энергии, не способной совершать работу при температурной однородности тел. Все это требовало более глубокого обоснования начал термодинамики, прежде всего природы тепла.

Попытку такого обоснования предпринял Людвиг Больцман, который пришел, опираясь на молекулярно-атомное представление о природе теплоты, к выводу о статистическом характере второго закона термодинамики, т. к. вследствие огромного числа молекул, составляющих макроскопические тела, и чрезвычайной быстроты и хаотичности их движения мы наблюдаем лишь средние значения.

Определение же средних значений – задача теории вероятностей. При максимальном температурном равновесии максимален и хаос движения молекул, в котором исчезает всякий порядок. Встает вопрос: может ли и если да, то как, из хаоса снова возникнуть порядок? На это физика сможет ответить лишь через сто лет, введя принцип симметрии и принцип синергии.

3. Электродинамика

К середине XIX в. физика электрических и магнитных явлений достигла определенного завершения. Был открыт ряд важнейших законов Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и т. д. Все эти законы базировались на принципе дальнодействия. Исключением были взгляды Фарадея, который считал, что электрическое действие передается посредством непрерывной среды, т. е. на основе принципа близкодействия. Опираясь на идеи М. Фарадея, английский физик Дж. Максвелл вводит понятие электромагнитного поля и описывает «открытое» им состояние материи в своих уравнениях…«Электромагнитное поле, – пишет Дж. Максвелл, – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии»⁶. Комбинируя уравнения электромагнитного поля, Дж. Максвелл получает волновое уравнение, из которого следует существование электромагнитных волн, скорость распространения которых в воздухе равна скорости света. Существование таких электромагнитных волн экспериментально было подтверждено немецким физиком Генрихом Герцем в 1888 г.

Для того чтобы объяснить взаимодействие электромагнитных волн с веществом, немецкий физик Гендрик Антон Лоренц выдвинул гипотезу о существовании электрона, т. е. малой электрически заряженной частички, которая в громадных количествах присутствует во всех весомых телах. Эта гипотеза объяснила открытое в 1896 г. немецким физиком П. Зееманом явление расщепления спектральных линий в магнитном поле. В 1897 г. У. Томсон экспериментально подтвердил наличие мельчайшей отрицательно заряженной частицы, или электрона.

Так в рамках классической физики возникла достаточно стройная и завершенная картина мира, описывающая и объясняющая движение, гравитацию, теплоту, электричество и магнетизм, свет. Это и дало повод лорду Кельвину (У. Томсону) сказать, что здание физики практически построено, не хватает лишь нескольких деталей…

Во-первых, оказалось, что уравнения Дж. Максвелла являются неинвариантными относительно преобразований Г. Галилея. Во-вторых, теория эфира как абсолютной системы координат, к которой «привязаны» уравнения Дж. Максвелла, не нашла экспериментального подтверждения. Опыт Майкельсона-Морли показал, что никакой зависимости скорости света от направления в движущейся системе координат нет. Сторонник сохранения уравнений Дж. Максвелла Гендрик Лоренц, «привязав» эти уравнения к эфиру как абсолютной системе отсчета, пожертвовал принципом относительности Г. Галилея, его преобразованиями и сформулировал свои преобразования. Из преобразований Г. Лоренца следовало, что пространственные и временные интервалы неинвариантны при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Все бы ничего, но существование абсолютной среды – эфира – не подтверждалось, как отмечалось, опытно-экспериментально. Это кризис.

4. Неклассическая физика. Специальная теория относительности

Описывая логику создания специальной теории относительности, Альберт Эйнштейн в совместной с Л. Инфельдом книге пишет: «Соберем теперь вместе те факты, которые достаточно проверены опытом, не заботясь больше о проблеме эфира:

1) скорость света в пустом пространстве всегда постоянна независимо от движения источника или приемника света;

2) в двух системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга, все законы природы строго одинаковы, и нет никакого средства обнаружить абсолютное прямолинейное и равномерное движение…

Первое положение выражает постоянство скорости света, второе обобщает принцип относительности Г. Галилея, сформулированный для механических явлений, на все происходящее в природе»⁷. А. Эйнштейн отмечает, что принятие этих двух принципов и отказ от принципа галилеевского преобразования, т. к. он противоречит постоянству скорости света, и положили начало специальной теории относительности. К принятым двум принципам (постоянства скорости света и эквивалентности всех инерциальных систем отсчета) А. Эйнштейн добавляет принцип инвариантности всех законов природы по отношению к преобразованиям Г. Лоренца. Поэтому во всех инерциальных системах справедливы те же самые законы, а переход от одной системы к другой дается преобразованиями Г. Лоренца. Это значит, что ритм движущихся часов и длина движущихся стержней зависят от скорости: стержень сократится до нуля, если его скорость достигнет скорости света, а ритм движущихся часов замедлится, часы совершенно остановились бы, если бы они могли двигаться со скоростью света.

Так из физики были элиминированы ньютоновское абсолютное время, пространство, движение, которые были как бы независимы от движущихся тел и их состояния.

5. Общая теория относительности

В цитируемой уже книге А. Эйнштейн спрашивает: «Можем ли сформулировать физические законы таким образом, чтобы они были справедливы для всех систем координат, не только для систем, движущихся прямолинейно и равномерно, но и для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу?»⁸. И отвечает: «Это оказывается возможным»⁹.

Потеряв в специальной теории относительности свою «независимость» от движущихся тел и друг от друга, пространство и время как бы «нашли» друг друга в едином пространственно-временном четырехмерном континууме. Автор континуума математик Герман Минковский опубликовал в 1908 г. работу «Основания теории электромагнитных процессов», в которой утверждал, что отныне пространство само по себе и время само по себе должны быть низведены до роли теней и только некоторый вид соединения обоих должен по-прежнему сохранять самостоятельность. Идея А. Эйнштейна и состояла в том, чтобы представить все физические законы как свойства этого континуума, как его метрику. С этой новой позиции А. Эйнштейн рассмотрел закон тяготения И. Ньютона. Вместо силы тяготения он стал оперировать полем тяготения. Поля тяготения были включены в пространственно-временной континуум как его «искривление». Метрика континуума стала неевклидовой, «римановской» метрикой. «Кривизна» континуума стала рассматриваться как результат распределения движущихся в нем масс. Новая теория объяснила не согласующуюся с ньютоновским законом тяготения траекторию вращения Меркурия вокруг Солнца, а также отклонения луча звездного света, проходящего вблизи Солнца.

Так из физики было элиминировано понятие «инерциальной системы координат» и обосновано утверждение обобщенного принципа относительности: любая система координат является одинаково пригодной для описания явлений природы.

6. Квантовая механика

Вторым, по мнению лорда Кельвина (У. Томсона), недостающим элементом для завершения здания физики на рубеже XIX–XX в. было серьезное расхождение между теорией и экспериментом при исследовании законов теплового излучения абсолютно черного тела. Согласно господствующей теории оно должно быть непрерывным, континуальным. Однако это приводило к парадоксальным выводам вроде того, что общая энергия, излучаемая черным телом при данной температуре, равна бесконечности (формула Релея-Джина). Для решения проблемы немецкий физик Макс Планк выдвинул в 1900 г. гипотезу, что вещество не может излучать или поглощать энергию, иначе как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой (или поглощаемой) частоте. Энергия одной порции (кванта)

E = h × п,

где п – частота излучения;

h – универсальная константа.

Гипотеза М. Планка была использована А. Эйнштейном для объяснения фотоэффекта. А. Эйнштейн ввел понятие кванта света, или фотона. Он же предложил, что свет в соответствии с формулой М. Планка обладает одновременно волновыми и квантовыми свойствами. В сообществе физиков заговорили о корпускулярно-волновом дуализме, тем более что в 1923 г. было открыто еще одно явление, подтверждающее существование фотонов, – эффект А. Х. Комптона.

В 1924 г. Луи де Бройль распространил идею о двойственной корпускулярно-волновой природе света на все частицы материи, введя представление о волнах материи. Отсюда можно говорить и о волновых свойствах электрона, например о дифракции электрона, которые и были экспериментально установлены. Однако эксперименты Р. Фейнмана с «обстрелом» электронами щита с двумя отверстиями показали, что невозможно, с одной стороны, сказать, через какое отверстие пролетает электрон, т. е. точно определить его координату, а с другой стороны – не исказить картины распределения регистрируемых электронов, не нарушив характера интерференции. Это значит, что мы можем знать или координату электрона, или импульс, но не то и другое вместе.

Этот эксперимент поставил под вопрос само понятие частицы в классическом смысле точной локализации в пространстве и времени.

Объяснение «неклассического» поведения микрочастиц было впервые дано немецким физиком Вернером Гейзенбергом. Последний сформулировал закон движения микрочастицы, согласно которому знание точной координаты частицы приводит к полной неопределенности ее импульса, и наоборот, точное знание импульса частицы – к полной неопределенности ее координаты. В. Гейзенберг установил соотношение неопределенностей значений координаты и импульса микрочастицы:

Δх × ΔР_x ≥ h,

где Δх – неопределенность в значении координаты;

ΔР_x – неопределенность в значении импульса;

h – постоянная Планка.

Этот закон и соотношение неопределенностей получил название принципа неопределенности В. Гейзенберга.

Анализируя принцип неопределенностей, датский физик Нильс Бор показал, что в зависимости от постановки эксперимента микрочастица обнаруживает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Следовательно, эти две природы микрочастиц взаимно исключают друг друга и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга, а их описание на основе двух классов экспериментальных ситуаций (корпускулярной и волновой) является целостным описанием микрочастицы. Существует не частица «сама по себе», а система «частица – прибор». Эти выводы Н. Бора получили название принципа дополнительности.

Неопределенность и дополнительность оказываются в рамках такого подхода не мерой нашего незнания, а объективными свойствами микрочастиц, микромира в целом. Из этого следует, что статистические, вероятностные законы лежат в глубине физической реальности, а динамические законы однозначной причинно-следственной зависимости – лишь некоторый частный и идеализированный случай выражения статистических закономерностей.

7. Релятивистская квантовая механика

В 1927 г. английский физик Поль Дирак обратил внимание на то, что для описания движения открытых к тому времени микрочастиц (электрона, протона и фотона), т. к. они движутся со скоростями, близкими к скорости света, требуется применение специальной теории относительности. П. Дирак составил уравнение, которое описывало движение электрона с учетом законов и квантовой механики, и теории относительности А. Эйнштейна. Этому уравнению удовлетворяли два решения: одно решение давало известный электрон с положительной энергией, другое – неизвестный электрон-двойник, но с отрицательной энергией. Так возникло представление о частицах и симметричных им античастицах. Это породило вопрос: пуст ли вакуум? После эйнштейновского «изгнания» эфира он казался несомненно пустым.

Современные, хорошо доказанные представления говорят, что вакуум «пуст» только в среднем. В нем постоянно рождается и исчезает огромное количество виртуальных частиц и античастиц. Это не противоречит и принципу неопределенности, который имеет также выражение ΔЕ × Δt ≥ h. Вакуум в квантовой теории поля определяется как самое низкое энергетическое состояние квантового поля, энергия которого равна нулю только в среднем. Так что вакуум – это нечто по имени «ничто».