Естествознание предмет, общие принципы и тенденции развития

Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие научной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Сам термин "картина мира" указывает, что речь идет здесь не о части или фрагменте знания, а о целостной системе. Как правило, в формировании такой картины наиболее важное значение приобретают концепции и теории, наиболее развитых в определенный исторический период отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве его лидеров. Не подлежит сомнению, что лидирующие науки накладывают свою печать на представления и научное мировоззрение ученых соответствующей эпохи. Но это отнюдь не означает, что другие науки не участвуют в формировании картины природы. В действительности она возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания.

Существующая картина природы, рисуемая естествознанием, в свою очередь оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и социально-гуманитарные. Такое воздействие выражается в распространении концепций, стандартов и критериев научности естествознания на другие отрасли научного познания. Обычно именно концепции и методы наук о природе и научная картина мира в целом в значительной степени определяют научный климат эпохи. В теснейшем взаимодействии с развитием наук о природе начиная с XVI в. развивалась математика, которая создала для естествознания такие мощные математические методы, как дифференциальное и интегральное исчисления.

Однако без учета результатов исследования экономических, социальных и гуманитарных наук наши знания о мире в целом будут заведомо неполными и ограниченными. Поэтому следует различать научную картину мира, которая формируется из достижений и результатов познания наук о природе, и картину мира в целом, в которую в качестве необходимого дополнения входят важнейшие концепции и принципы общественных наук.

В рамках дисциплины "Концепции современного естествознания" рассматривается научная картина природы такой, какой она исторически сформировалась в процессе развития естествознания. Однако еще до появления научных представлений о природе люди задумывались об окружающем их мире, его строении и происхождении. Такие представления вначале выступали в форме мифов и передавались от одного поколения к другому. Согласно древнейшим мифам, весь видимый упорядоченный и организованный мир, который в античности назывался кос-мосом, произошел из дезорганизованного мира, или неупорядоченного хаоса.

В античной натурфилософии, в частности у Аристотеля (384 -- 322 до н. э.), подобные взгляды нашли свое отражение в делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. Сам термин "космос" обозначал у древних греков всякую упорядоченность, органи-зацию, совершенство, согласованность и даже военный строй. Именно такое совершенство и организованность приписывались небесному миру.

С появлением экспериментального естествознания и научной астрономии в эпоху Возрождения была показана явная несостоятельность подобных представлений. Новые взгляды на окружающий мир стали основываться на результатах и выводах естествознания соответствующей эпохи и стали, поэтому называться научной картиной мира.

Одной из первых возникла механистическая картина мира, поскольку изучение природы началось с анализа простейшей формы движения материи -- механического перемещения тел.

Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Галилео Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно он.

Новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81метру в секунду за секунду.

Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне, что подрывало прежнюю веру в совершенство небесного космоса.

Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571--1630) осмелился исследовать движения небесных тел, вторгся в область, которая раньше считалась запретной для науки.

Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:

1) обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создание методов для количественного анализа механического движения в целом.

Известно, что 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.

Теперь количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных за-кономерностей движения. Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.

Уже в прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их ис-следование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.

Датский ученый Эрстед (1777--1851), поместив над проводником, по которому идет электрический ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального положения. Это привело ученого к мысли, что электрический ток создает магнитное поле. Позднее английский физик Майкл Фарадей (1791 -- 1867), вращая замкнутый контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток.

На основе опытов Фарадея и других ученых английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831 -- 1879) создал свою электромагнитную теорию. Таким путем было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля. Одно из них было известно и во времена Ньютона и теперь называется гравитационным полем, а раньше рассматривалось просто как сила притяжения, возникающая между материальными телами.

После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее, это была картина классической физики, которая изучала знакомый нам макромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в микромире. Здесь их ожидали новые необычайные открытия и явления.

В конце прошлого и начале нынешнего века в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце про-шлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения.

Согласно предсказаниям этой теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства -времени.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин. Эти преобразования показали, что развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т. е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стремятся объяснить с помощью гипотез и теорий. В каждый определенный период выдвигается наиболее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов известных и предсказания фактов неизвестных. Такой парадигмой в свое время служила теория движения земных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследователи, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Максвелл.

Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922--1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность - смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. Однако Т.Кун оставил без объяснения и анализа вопрос о формировании самой парадигмы. По его мнению, развитие науки можно разделить на два этапа:

- нормальный, когда ученые заняты применением парадигмы к решению конкретных проблем частного, специального характера (так называемых головоломок);

- экстраординарный, связанный с поиском новой парадигмы.

При таком подходе новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и поэтому ее возникновение остается необъясненной. В действительности же, как видно из примеров аномальных фактов, т. е. фактов, противоречащих парадигме, процесс анализа, критического осмысления и оценки существующей парадигмы происходит уже на стадии нормальной науки. Поэтому резкое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов развития науки -- совершенно необоснованно, и оно встретило убедительную критику со стороны многих видных ученых.

4. Общая панорама современного естествознания.

В течение последних трех столетий естествознание развивалось невероятно быстро и динамично. Горизонт научного познания расширился до поистине фантастических размеров. Значительно возросла роль науки в современной обществе. На основе науки рационализируются по сути все формы общественной жизни. Как никогда близки наука и техника. Наука стала непосредственной производительной силой общества. По отношению к практике она выполняет непосредственно программирующую роль. Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало, роль человеческого фактора во всех формах деятельности.

Вместе с тем, радикально изменяется и сама система научного познания. Размываются четкие границы между практической и познавательной деятельностью. В системе научного знания интенсивно проходят процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины мира, выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию.

Одна из важнейших идей европейской цивилизации - идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII веке. И уже XIX век по праву может быть назван веком эволюции. Сначала геология, затем биология и социология стали уделять теоретическому моделированию развивающихся объектов все большее и большее внимание.

Но в науках о неорганической природе идея развития пробивала себе дорогу очень сложно. Вплоть до второй половины XX века в ней господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет никакой роли. Даже переход от классической ньютоновской физики к неклассической (релятивистской и квантовой) в этом отношении ничего не изменил. Правда, некоторый робкий прорыв в этом направлении был сделан классической термодинамикой, которая ввела понятие энтропии и представление о необратимых процессах, зависящих от времени. Так в науки о неорганической природе была введена "стрела времени".

Но, в конечном счете, и классическая термодинамика изучала лишь закрытые равновесные системы. А на неравновесные процессы смотрели как на возмущения, второстепенные отклонения, которыми следует пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта - закрытой равновесной системы.

А, с другой стороны, проникновение идеи развития в геологию, биологию, социологию, гуманитарные науки в XIX и первой половине XX века осуществлялось независимо в каждой из этих отраслей познания. Философский принцип развития мира (природы, общества, человека) общего, стержневого для всего естествознания (а также для всей науки) выражения не имел. В каждой отрасли естествознания он имел свои (независимые от другой отрасли) формы теоретико-методологической конкретизации.

И только к концу XX века естествознание находит в себе теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция глобального эволюционизма.

В концепции глобального эволюционизма Вселенная представляется в качестве развивающегося во времени природного целого. Вся история Вселенной от "Большого взрыва" до возникновения человечества рассматривается в этой концепции как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.

Концепция глобального эволюционизма подчеркивает важнейшую закономерность - направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся история Вселенной, от момента сингулярности до возникновения человека, предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи.

Важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формообразований, неэффективные же инновации отбраковываются историческим процессом. Качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи. Принцип глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, но и глубокого понимания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.

На этом пути очень важную роль играет так называемый антропный принцип. Содержание этого принципа заключается в том, что возникновение человечества, познающего субъекта (а значит, и предваряющего социальную форму движения материи органического мира) было возможным в силу того, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной (ее глубинная структура) именно таковы, какими они являются. Если бы они были иными, Вселенную просто некому было бы познавать. Данный принцип указывает на наличие глубокого внутреннего единства закономерностей исторической эволюции Вселенной, Универсума с предпосылками возникновения и эволюции органического мира вплоть до антропосоциогенеза.

Антропный принцип указывает на существование некоторого типа универсальных системных связей, определяющих целостный характер существования и развития нашей Вселенной, нашего мира как определенного системно организованного фрагмента бесконечно многообразной материальной природы. Понимание же содержания таких универсальных связей, глубинного внутреннего единства структуры нашего мира (Вселенной) дает ключ к теоретическому и мировоззренческому обоснованию программ и проектов будущей космической деятельности человеческой цивилизации.

В настоящее время идея глобального эволюционизма - это не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве и, с другой стороны, ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации.

В XXI веке естествознание, по-видимому, вступает в новую историческую фазу своего развития - на уровень науки, вырастающей на релятивистских основаниях и становящейся наукой интегративных тенденций.

Для науки этого уровня характерно выдвижение на первый план междисциплинарных, комплексных и проблемно-ориентировочных форм исследовательской деятельности. Все чаще в определении познавательных целей науки начинают играть решающую роль не внутринаучные цели, а цели экономического и социально-политического характера.

Объектами современных междисциплинарных исследований все чаще становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием. Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами. Исторически развивающаяся система формирует с течением времени новые уровни своей организации, изменяет свою структуру, характеризуется принципиальной необратимостью процессов и др. Среди таких систем особое место занимают природные комплексы, в которые включен сам человек (объекты экологии, медико-биологические объекты, объекты биотехнологии, системы "человек-машина" и др.)

Становление науки этого уровня приводит к изменению методологических установок естественнонаучного познания:

- формируются особые способы описания и предсказания возможных состояний развивающегося объекта - построение сценариев возможных линий развития системы ( в том числе и в точках бифуркации);

- идеал построения теории как аксиоматическо-дедуктивной системы все чаще сочетается с созданием конкурирующих теоретических описаний, основанных на методах аппроксимации, компьютерных программах и т.д.;

- в естествознании все чаще применяются методы исторической реконструкции объекта, сложившиеся в гуманитарном знании;

- по отношению к развивающимся объектам изменяется и стратегия экспериментального исследования: результаты экспериментов с объектом, находящимся на разных этапах развития, могут быть согласованы только с учетом вероятностных линий эволюции системы. Особенно это относится к системам, существующим лишь в одном экземпляре - они требуют и особой стратегии экспериментального исследования, поскольку нет возможности воспроизводить первоначальные состояния такого объекта;

- нет свободы выбора эксперимента с системами, в которые непосредственно включен человек;

- изменяются представления классического и неклассического естествознания о ценностно нейтральном характере научного исследования -современные способы описания объектов (особенно таких, в которые непосредственно включен сам человек) не только допускают, но даже предполагают введение аксиологических факторов в содержание и структуру способа описания (этика науки, социальная экспертиза программ и др.).

Есть все основания считать, что по мере дальнейшего развития науки все эти современные особенности естественнонаучного познания будут проявлять себя в еще более контрастных и очевидных формах.

Заключение

Один из традиционных научных принципов гласит: "знание есть сила" Наука делает человека могущественным перед силами природы. С помощью естествознания человек осуществляет свое господство над силами природы, развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения. Только благодаря знанию законов природы человек может изменить и приспособить природные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребности.

Естествознание в этом смысле есть и продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, образовывает и воспитывает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни и благосостояние человека, совершенствует условия быта людей.

Естествознание есть один из важнейших двигателей общественного прогресса. Как важнейший фактор материального производства естествознание выступает мощной революционизирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в XVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в XIX в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в XX в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине XX в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др.

Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теории, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

Вместе с тем в современном мире наука вызывает у людей не только восхищение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения атмосферы, катастрофы на атомных станциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, "озонная дыра" над планетой, резкое сокращение видов растений и животных - все эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело, в конечном счете, не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

Литература:

I. Основная

1. * Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск, 1997.

2. ** Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М., 1997.

3. ** Кун Т. Структура научных революций. М., 1975.

4. ** Пуанкаре А. О науке. М., 1983.

5. ** Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. М., 1998.

II. Дополнительная

1. * Концепции современного естествознания / Под ред. С.И. Самыгина. Ростов н/Д, 2001.

2. ** Лучшие рефераты. Концепции современного естествознания. Ростов н/Д, 2002.

3. * Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2002.

4. ** Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания. М., 2003.

5. * Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. М., 2002.

6. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск, 1997.

7. ** Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М., 1997.

8. Кун Т. Структура научных революций. М., 1975.

9. Пуанкаре А. О науке. М., 1983.

10. ** Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. М., 1998

Страницы: 1, 2