Концепции современного естествознания

Основы для развития экспериментального метода в естественных науках заложил Роберт Гроссетет (1168-1258 г. г.). Он считается пионером эмпирического доказательства аристотельского естествознания.

Во второй половине XIII в. польский физик и оптик Виттелий (ок. 1125 - 1280 г. г.), занимаясь исследованиями в области оптики, сделал ряд открытий, в частности объяснил явления радуги как результат преломления солнечных лучей отдельными каплями воды.

Роль экспериментального метода в естествознании обосновывает в своих трудах Роджер Бэкон (1214 - 1294 г. г.). В сочинении «Великое дело» он дал энциклопедический анализ науки, включая достижения предшествующих поколений. Р. Бэкон развивает новое представление о материи, которую он отделяет от Бога, о фигурах тел, о движении, о времени и вечности. Он указывает на то, что живые и неживые тела природы состоят из одних и тех же материальных частиц. Он высказал ряд гениальных для того времени научных догадок (о телескопе, летательных аппаратах, порохе). Еще при жизни ему присвоили титул «удивительный доктор», несмотря на то, что он за свои идеи подвергался преследованию. Он разработал проект реформы юлианского календаря, которая, однако, была осуществлена спустя три века.

Томас Брадвардин (1290 - 1349 г. г.) предпринял первую попытку разработать математические начала натурфилософии. Он стремился математически выразить зависимость между скоростью, движущей силой и сопротивлением. Он разрабатывал учения о континууме, актуальной и потенциальной бесконечности.

Смелостью, новизной и парадоксальностью поражало физическое учение Николая из Отрекура. Он возрождает атомистическое учение древних. По его мнению, рождение и разрушение тел состоит в том, что атомы, сцепляясь, образует тела, а рассеиваясь в пространстве, производят их разложение. Как и Николай из Отрекура, вопросами физики и механики интересовался профессор Парижского университета Жан Буридан. Он стремился объяснить, каким образом движения небесных тел могут вечно продолжаться сами собой, без посторонних двигателей, после того, как Бог дал им в начале сотворения известный импульс, сохраняющийся в дальнейшем в силу обычного божьего содействия. Созданная им динамическая «теория импетуса» была мостом, соединившим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Согласно этой теории при падении тела тяжесть запечатлевает в нем импетус, поэтому скорость тела во время падения возрастает. Величина импетуса определяется и скоростью, сообщенной телу, и качеством материи этого тела. Импетус расходуется в процессе движения на преодоления трения: когда импетус растрачивается, тело останавливается. Эта идея стала предпосылкой для перехода к понятию инерция. Теория импетуса способствовала уточнению и переосмыслению понятия силы. Его развитие пошло по двум направлениям: сила как внешнее воздействие на тело (Ньютон); сила как количество движения, т.е. факторы, связанные с самим движущимся телом (Декарт).

Большой вклад в разработку проблемы движения внес Николь Орем, преподаватель Парижского университета (1323 - 1382 г. г). Он впервые представил графическое изображение движения, которое напоминало разработанный впоследствии метод координат. Он сформулировал закон падения тел, развивая учение о суточном вращении Земли.

В XV - XVI в.в. фактически заканчивается эпоха Средневековья, начинается эпоха Возрождения, которая ознаменовалась возрастанием интереса к природе. Переход от Средневековья к Новому времени ознаменовался началом первой глобальной научной революции и становлением классического естествознания.

4. Эпоха Возрождения: революция в мировоззрении и науке.

Предпосылки классической науки

Научная революция, которая произошла в эпоху Возрождения в XV-XVI веках и подготовила возникновение классического естествознания, была обусловлена всем ходом социокультурных преобразований Западной Европы. Становление капиталистических отношений и промышленный переворот вели к существенному прогрессу науки и техники, способствовали радикальным изменениям в мировоззрении общества и индивида. Менялся не только социальный статус человека, но и менялось представление о его месте и роли в мире. Человек - это Творец. Если Бог - это Творец Вселенной, то человек - преобразователь природы и жизни, и Богом ему отведено особое место в мире.

Революция в мировоззрении эпохи Возрождения вела к радикальным изменениям в отношении к Природе, к Богу, к самому себе. Теоцентрическая картина мира заменяется и постепенно вытесняется антропоцентрической. Однако, эта - картина, в которой два центра: Бог и Человек, два Творца мира. Такой целостный образ мира опирался на пантеизм - учение о тождестве Бога и Природы («Бог во всем»), и на гуманизм - признание человека, его свободы и достоинства высшей ценностью.

Польский астроном Николай Коперник (1473 - 1543 г. г.) на основе большого количества астрономических наблюдений и расчетов создал новую гелиоцентрическую систему мира. В этой системе Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, которая одновременно вращается вокруг Солнца и вокруг собственной оси. В своем труде «Об обращении небесных сфер» Коперник утверждал, что движение - это естественное свойство небесных и земных механизмов, выражаемое некоторыми общими закономерностями механики. Это учение опровергало догматизированное представление Аристотеля о «неподвижном перводвигателе», приводящем в движение Вселенную, и разрушало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Вместе с тем польский астроном считал, что Вселенная конечна, она где-то заканчивается твердой сферой, на которой закреплены неподвижные звезды. Вселенная похожа на мир в скорлупе.

Философское обоснование идеям Коперника дал знаменитый итальянский философ Джордано Бруно (1548 - 1600). Он настаивал на том, что Вселенная бесконечна, что существует множество миров, подобных нашему миру, многие из них обитаемы. Инквизиция в 1592 году арестовала Джордано Бруно. 8 лет он находился в тюрьме, где подвергался страшным пыткам . 17 февраля 1600 года он был сожжен на костре, на Площади Цветов в Риме. Это произошло на рубеже двух веков, ознаменовавшемся рождением классического естествознания.

Большую роль в формировании предпосылок классического естествознания сыграл Г. Галилей.

5. Галилео Галилей и его роль в становлении классической науки

Галилео Галилея (1564 - 1624) называют «отцом современного естествознания». Именно он стоял у истоков классической механики и экспериментального естествознания. До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и, если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля является ошибочным, и сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется равномерно и прямолинейно, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы, как утверждал Аристотель. Пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. При этом траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, и многое другое.

Истинное знание, по мнению Галилея, достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта и математики. Интересны астрономические наблюдения Галилея, обосновывающие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Он приводит естественнонаучное доказательство справедливости гелиоцентрической системы в работе «Диалог о двух системах мира - Птолемеевской и Коперниковой».

Галилей успел многое: разработал экспериментально - математический метод и обосновал его принципы; сформулировал принцип инерции, принцип относительности, законы свободного падения тел, дал строгое определение понятий скорости и ускорения; с помощью сконструированного им телескопа он экспериментально доказал справедливость учения Коперника.

6. И. Ньютон и его роль в становлении классической науки

Исаак Ньютон (1643-1727) завершил процесс становления классического естествознания, четко сформулировав механические законы всех процессов движения и взаимодействия макроскопических тел и создав для их описания математический язык бесконечно малых. В этом было отступление от атомистических воззрений, но это привело к значительному продвижению в описании и понимании природы. Несмотря на то, что в настоящее время его подход кажется естественным и очевидным на фоне абстрактных представлений современной физики, и с него начинают знакомство с этой наукой в школе, в то время понадобилось почти семьдесят лет, чтобы этот подход окончательно утвердился в умах ученых. Дав свое определение понятиям скорости, ускорения, силы, массы, Ньютон сформулировал законы динамики в виде связей между этими величинами. Проанализировав законы движения небесных тел, обнаруженных Т. Браге и И. Кеплером, он установил закон всемирного тяготения, введя в науку меру гравитационного взаимодействия тел в нашей Вселенной. В результате стало возможным точно предсказывать солнечные затмения и понять природу морских приливов. Отличительной чертой классической механики являлась обратимость движений во времени, что следовало из соответствующих уравнений. При описании механических процессов в различных системах координат, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, следовало использовать принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу на ускорения тел, возникшие в результате их силового взаимодействия, относительное движение систем отсчета никакого влияния не оказывает. При этом никакими механическими опытами невозможно установить, какая именно из систем движется. Для расчета достаточно было просто сложить скорость движения тела в данной системе отсчета и скорость относительного движения систем отсчета. Поэтому можно выбрать наиболее удобную систему отсчета и работать с ней. Например, в движущемся вагоне отпущенный камень упадет вдоль вертикальной прямой, но при наблюдении с неподвижной платформы его траектория будет иметь вид кривой линии - параболы. Если описать движение (и предсказать положения камня) в системе движущегося вагона (что проще), то, чтобы сказать, когда и в какой точке он будет при наблюдении с платформы, достаточно просто учесть относительную скорость (скорость вагона) в конечном ответе.

. Научное наследие И.Ньютона разнообразно: создание дифференциального и интегрального исчисления (параллельно с Лейбницем, но независимо от него), важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов. Он внес большой вклад в развитие оптики: он поставил опыты по изучению дисперсии света (дисперсия света - разложение луча света при прохождении через призму на отдельные спектральные лучи) и дал объяснение этому явлению.

В 1687 году вышел главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы. Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед.

7. Научная революция XVI-XVII веков, ее ход, содержание и основные итоги

Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер», т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона обычно называют периодом «научной революции». Научная революция XVI-XVII в.в. представляет собой мощное движение, которое обретает характерные черты в работах Галилея, идеях Бэкона, Декарта и впоследствии получает свое завершение в классическом механическом образе Вселенной, подобной часовому механизму.

Все началось с астрономической революции Коперника, Тихо Браге, Кеплера и Галилея - наиболее выдающихся ее представителей. Шаг за шагом меняется образ мира, с трудом, но неуклонно разрушаются опоры космологии Аристотеля - Птолемея. Коперник помещает в центр мира вместо Земли Солнце. Тихо Браге устраняет материальные сферы, которые согласно старой космологии вовлекали в свое движение планеты, а идею материальной сферы заменяет современной идеей орбиты. Кеплер предлагает математическую систематизацию открытий Коперника и завершает революционный переход от теории кругового движения планет («совершенного» в понимании старой космологии) к теории эллиптического движения. Галилей показывает ошибочность различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу, что и Земля, и формулирует принцип инерции. Ньютон в своей теории гравитации объединяет физику Галилея и физику Кеплера.

Однако за те 150 лет, которые отделяют Коперника от Ньютона, меняется не только образ мира, меняется образ человека, но постепенно меняется также и образ науки. Научная революция XVI-XVII в.в. - это не только создание новых теорий, одновременно это коренное изменение представлений о знании, о науке. Этот итог революции Галилей объяснил очень четко: наука больше не является ни особой интуицией отдельного мага или просвещенного астролога, ни комментарием к авторитету Аристотеля, который все сказал. Наука становится исследованием и раскрытием мира природы.

У истоков классического естествознания стоял Г.Галилей. Он создал экспериментальное естествознание, обосновав научный метод. В результате наука приобретает автономию от веры и философии. Начиная с Галилея, наука намерена исследовать не что, а как, не субстанцию, а функцию.

Еще один важный итог научной революции - превращение науки в социальный институт: возникновение академий, лабораторий, международных контактов (вспомним переписку ученых).

Другая фундаментальная характеристика научной революции - формирование знания, которое в отличие от предшествующего объединяет теорию и практику, науку и технику, создавая новый тип ученого. Он больше не маг или астролог, владеющий частным знанием посвященных, и не университетский профессор, комментатор и интерпретатор текстов прошлого. Научная революция порождает современного ученого-экспериментатора, сила которого - в эксперименте, становящемся все более строгим благодаря новым измерительным приборам, все более и более точным. Деятельность ученого нового типа часто протекает вне старых структур познания, например, университетов. В XVI и XVII веках университеты и монастыри уже больше не являются, как это было в средневековье, единственными центрами культуры. Инженер или архитектор, проектирующий каналы, плотины, укрепительные сооружения, занимает равное или даже более престижное положение, чем врач, придворный астроном, профессор университета. «Механические искусства» раньше считались «низкими, презренными», недостойными свободного человека. Теперь они стали приравниваться к «свободным искусствам», т.е. интеллектуальному труду. Это сближение техники и науки, их последующее слияние рождает современную науку и составляет ее суть. Науку создали ученые, но развивается она благодаря технологической базе, машинам и инструментам. «Широкое поле для размышлений, - пишет Галилей в «Беседах о двух новых науках», - представляет наблюдательному уму практика в вашем знаменитом арсенале, господа венецианцы, и особенно в том, что касается механики: каждый инструмент и механизм постоянно используют разные мастера, среди которых… есть очень опытные и умнейшие люди». Наука утверждается с помощью экспериментов, которые осуществляются на конкретном материале с помощью испытательных приборов, созданных вручную с использованием инструментов. Чтобы стать ученым теперь не обязательно знание латыни, не требовалась знакомство с книгами или университетская кафедра. Публикации в «Актах» академий и участие в научных обществах были доступны всем - профессорам, экспериментаторам, ремесленникам, дилетантам. Наука распространяется через книги, периодические издания, частные письма, деятельность научных обществ, но не через университетские курсы. Обсерватории, лаборатории, музеи, мастерские, дискуссионные клубы зарождаются вне университетов.

Научная революция проявилась и в быстром росте и совершенствовании инструментария - компаса, весов, механических часов, астролябий, печей и т.д., которые быстро модернизируются. В начале XVI века весь инструментарий сводился к немногим предметам, связанным с астрономическими наблюдениями и топографическими открытиями, а в механике применялись рычаги и блоки. Теперь же в течение всего лишь нескольких десятилетий появляются телескоп Галилея (1610), микроскоп Мальпиги (1660), Гука (1665) и Ван Левенгука, циклоидальный маятник Гюйгенса (1673), воздушный термометр Галилея (1638), водяной термометр Жана Рея (1632), спиртовой термометр Магалотти (1666), барометр Торричелли (1643), пневматический насос Роберта Бойля (1660) и т.п. Главная задача инструментов, по мнению ученых, - усиливать познавательные способности органов чувств. И в то же время использование оптических инструментов, таких, как призма или тонкие металлические пластинки (например, в опытах Ньютона), позволяет характеризовать их не только как вспомогательное средство для увеличения возможностей органов чувств, но и как способ устранить обман зрения. Проникая внутрь объектов, инструмент обеспечивает большую объективность по сравнению со свидетельствами чувств. В это же время возникает и другая важная проблема инструмента - искажение исследуемого объекта. В важной полемике Ньютона и Гука по поводу теории цветов и функционировании призмы возникло существенное разногласие. Гук оценил опыты Ньютона с призмой, отмечая их точность и изящество, но он отверг гипотезу о том, что белый цвет может иметь сложную природу. Гук считал, что цвет не является исходной принадлежностью лучей. По его мнению, белый цвет - продукт движения частиц, проходящих через призму. А это означает, что рассеивание цветов - результат искажения, образуемого призмой. Эта проблема инструмента - исказителя исследуемого объекта в дальнейшем развитии физики (в XX веке) возникнет вновь.

Деятельность Галилея и Кеплера по раскрытию законов механики успешно продолжил английский ученый Исаак Ньютон (1643 - 1727 г.г.). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. Он открыл три закона механики, сформулировал закон всемирного тяготения, динамически обосновав систему Коперника и законы Кеплера. Открытие закона всемирного тяготения оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания. Это был универсальный закон природы, которому подчинялось все малое и большое, земное и небесное. На основе ньютоновской классической механики сложилась картина мира, которая представляла Вселенную как совокупность огромного числа неделимых и неизменных атомов, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающихся от тела к телу через пустоту. Свойства пространства и времени неизменны и не зависят от самих тел. Природа, согласно этой картине мира, являет собой простую машину, части которой подчиняются жесткой детерминации.

8. Естествознание в XVIII-XIX вв.

В ХVIII в. естествознание остается в целом механистическим. Физика, выделившись из натурфилософии, была нацелена главным образом на количественные исследования отдельных явлений, установление отдельных экспериментальных фактов, выявление частных закономерностей.

В первой половине ХVIII в. были достигнуты определенные результаты в изучении электрических явлений. Изобретение А. Вольтом источника постоянного тока открыло дорогу стремительному развитию физики и тех-ники электричества. В 80-е годы ХVIII в. Ш. Кулон установил основной закон электричества. Таким образом, к концу ХVIII в. прояснилась природа электричества.

Химия в начале XVIII в. отставала в своем развитии от других наук. Вcе дело в том, что количественные методы, разработанные Галилеем и Ньютоном практически не применялись в химии. Не осознавалась важность точных измерений. Однако к концу ХVIII в. ученые накопили большой экспериментальный материал, который был систематизирован в рамках единой теории. Создателем этой теории стал французский химик А.Лавуазье. Проведя целую серию опытов, он установил закон сохранения массы, который стал краеугольным камнем химии XIX в.

Астрономия в XVIII в. становится наукой, основанной на постоянных исчислениях. Поэтому не удивительно, что среди астрономов были в то время математики: Ж. Л. Д'Аламбер, Л.Эйлер, Ж. Д. Лагранж.

В биологии XVIII в. важное место занимала систематика. Шведский натуралист К. Линней разработал систему классификации растений и животных, в которой было выделено несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности. Им была узаконена бинарная или двойная номенклатура видовых названий.

Сформулированная в космогонии идея развития природы постепенно переходит в биологию. Французский естествоиспытатель Ж.Бюффон одним из первых в развернутом виде изложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и происхождения видов в пределах относительно узких подразделений).

Особенностью развития естествознания во второй половине XVIII в. и на протяжении XIX в. является процесс его стихийной диалектизации. Начало этому процессу положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта (1724 - 1804) «Всеобщая естественная история и теория неба». В этой работе, опубликованной в 1755 году, была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы. Гипотеза Канта утверждала, что Солнце, планеты и их спутники возникли из некоторой первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. Кант пытался объяснить процесс возникновения Солнечной системы действием сил притяжения, которые присуще частицам материи, составляющим эту огромную туманность. Идеи Канта о возникновении и развитии небесных тел были несомненным завоеванием науки середины XVIII века. Его космогоническая гипотеза поколебала прочность метафизического взгляда на мир. Через 40 с лишним лет французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас (1749-1827) в своем труде «Изложение системы мира», опубликованном в 1796 г., совершенно независимо от Канта высказал идеи, развивавшие и дополнявшие кантовское космогоническое учение (гипотеза Канта-Лапласа). В XIX веке диалектическая идея развития распространилась на широкие области естествознания. В первую очередь, на геологию и биологию. Важную роль в утверждении этой идеи сыграл трехтомный труд «Основы геологии» английского естествоиспытателя Чарльза Лайеля (1797 - 1875). В этом труде подчеркивалась идея развития очень длительного существования Земли. Геологический эволюционизм оказал немалое влияние на дальнейшее совершенствование эволюционного учения в биологии. В 1859 году вышел главный труд Чарльза Дарвина (1809 - 1882) «Происхождение видов в результате естественного отбора». В нем Дарвин, опираясь на огромный естественнонаучный материал, изложил факты и причины биологической эволюции. Он показал, что вне саморазвития органический мир не существует и поэтому органическая эволюция не может прекратиться. Развитие - это условие существования вида, условие его приспособления к окружающей среде. Наряду с фундаментальными работами, раскрывающими процесс эволюции, развития природы, появились новые естественнонаучные открытия, подтверждавшие наличие всеобщих связей в природе. К числу этих открытий относится клеточная теория, созданная в 30-х годах XIX века. Ее авторами были ботаники Маттиас Якоб Шлейден (1804 - 1881), установивший, что все растения состоят из клеток, и профессор, биолог Теодор Шванн (1810 - 1882), распространивший это учение на животный мир. Еще важное открытие этого времени - закон сохранения и превращения энергии. Первооткрывателем этого закона считают немецкого врача Юлиуса Роберта Майера (1814 - 1878) и английского исследователя Джеймса Прескотт Джоуля (1818 - 1889). В отстаивании этого закона и его широком признании в научном мире большую роль сыграл один из наиболее знаменитых физиков XIX века Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821 - 1894). Признавая приоритет Майера и Джоуля в открытии закона сохранения энергии, Гельмгольц установил, что в соответствии с этим принципом идея вечного двигателя невозможна. Доказательство сохранения и превращения энергии утверждало идею единства, взаимосвязанности материального мира. Вся природа рассматривалась как непрерывный процесс превращения универсального движения материи из одной формы в другую. Свой вклад в диалектизацию естествознания внесли и некоторые открытия в химии. К их числу относится открытие в 1828 году немецким химиком Фридрихом Велером (1800 - 1882) искусственного органического вещества - мочевины. Оно положило начало целому ряду синтезов органических соединений из исходных неорганических веществ. Эпохальным событием в химической науке, внесшим большой вклад в процесс диалектизации естествознания, стало открытие периодического закона химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834 - 1907). Он обнаружил, что существует закономерная связь между химическими элементами, которая заключается в том, что свойства элементов изменяются в периодической зависимости от их атомных весов. Обнаружив эту закономерную связь, Менделеев расположил элементы в естественную систему в зависимости от их родства. Из вышесказанного следует, что основополагающие принципы диалектики - принцип развития и принцип всеобщей связи - получили во второй половине XVIII века и особенно в XIX веке мощное естественнонаучное обоснование.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21