Текст книги "Концепции современного естествознания. Популярное учебное пособие"

3. Научные революции

Мы уже знаем, что ведущая роль в развитии науки принадлежит научным революциям, которые, случаясь довольно редко, тем не менее являются главными и наиболее важными моментами в ее истории.

Слово «революция» означает переворот. В применении к науке, следовательно, – радикальное изменение всех ее элементов: фактов, закономерностей, теорий, методов. Некоторое недоумение может вызвать утверждение об изменении фактов. Разве можно их изменить? Конечно же, твердо установленные факты изменить нельзя. Однако, как уже говорилось при рассмотрении взаимодействия эмпирическото и теоретического уровней научного познания, в науке имеют значение не сами факты, а их интерпретация, или объяснение. Факт, не включенный в какую-либо объяснительную схему, науке безразличен. Только вместе с той или иной интерпретацией он получает смысл, становится «хлебом науки». В то же время объяснения фактов подвержены порой самым радикальным изменениям. Вспомним, наблюдаемый ежедневно факт движения Солнца по небосводу с Востока на Запад поддается нескольким различным интерпретациям. В данном случае переход от одного способа объяснения к другому и есть научная революция.

Объяснительные схемы для фактов предлагаются различными теориями. Множество теорий, в совокупности описывающих известную человеку природную реальность, образуют единую научную картину мира, которая является, таким образом, целостной системой представлений о наиболее общих принципах и законах устройства Вселенной. Обратим внимание на то, что в словосочетании «научная картина мира» слово «мир» понимается не в предельно широком и неопределенном смысле как «все существующее», а вполне определенно и конкретно – как окружающий человека мир, природа, Вселенная, или, говоря иначе, как доступная научному наблюдению, описанию и исследованию действительность.

О глобальном перевороте (революции) в области науки можно говорить лишь в том случае, когда налицо изменение не только отдельных принципов, методов или теорий, но – обязательно всей научной картины мира. Понятно, что поскольку последняя характеризуется прежде всего широтой и обобщенностью, ее радикальное изменение невозможно свести к отдельному, пусть даже крупнейшему научному открытию. Оно, однако, может породить некую цепную реакцию, способную дать целую серию научных открытий, которые и приведут в конечном итоге к смене научной картины мира. В этом процессе наиболее важны открытия в фундаментальных науках, в частности в физике и астрономии. Также, если вспомнить о том, что наука – это прежде всего метод, то нетрудно предположить следующее – смена научной картины мира должна означать и значительную перестройку методов получения нового знания.

Четко и однозначно фиксируемых радикальных смен научных картин мира, или научных революций в истории развития естествознания можно выделить три. Если персонифицировать их по именам ученых, сыгравших в этих событиях наиболее заметную роль, то три глобальные научные революции должны называться: аристотелевской, ньютоновской и эйнштейновской. Эти революции сформировали и соответствующие научные картины мира, о которых более подробно пойдет речь в следующих лекциях.

Три научные революции обусловили три длительных стадии развития науки, каждой из которых соответствует своя картина мира. Это, конечно не означает, что в истории науки важны одни лишь революции. В промежутках между ними также делаются научные открытия и создаются новые теории. Однако несомненно, что именно революционные изменения, затрагивающие основы науки, определяют общие контуры научной картины мира на длительный период.

Между аристотелевской и ньютоновской революциями лежит исторический период почти в 2000 лет; Эйнштейна от Ньютона отделяют немногим более 200 лет. Но не прошло и 100 лет со времени появления нынешней научной картины мира, как у многих ученых возникло ощущение близости новой научной революции. Таким образом, можно утверждать, что историческое развитие науки происходит с ускорением.

Однако научные революции (в отличие от общественно-политических) не пугают людей. Наоборот, среди ученых утвердилась вера в то, что эти революции, во-первых, представляют собой необходимый элемент в развитии науки, а во-вторых, не только исключают, но, напротив, предполагают взаимосвязь между старыми и новыми научными знаниями и представлениями. Известный датский ученый 20 века Нильс Бор сформулировал так называемый принцип соответствия, который гласит: всякая новая научная теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая, то есть устанавливает для прежней теории ограниченную область применимости. И при этом обе теории (старая и новая) вполне могут мирно существовать. Для иллюстрации этого принципа приведем несколько примеров.

Гелиоцентрическое представление об окружающем мире вроде бы полностью отрицает собой геоцентрическое, навсегда отвергает его. Примем гелиоцентрическую модель за верную и рассмотрим небольшую область Вселенной, маленький ее фрагмент, а именно – Землю и ближайшее окружающее ее пространство, например, до Луны, не дальше. Теперь зададимся вопросом: что будет центром в этой области, или фрагменте окружающего мира? Конечно же, Земля. Причем утверждение о ней как о центре всего для данного избранного нами масштаба является вполне справедливым, и если нам придется вести какие-либо научные наблюдения, измерения или исследования применительно к этому небольшому пространству Вселенной, мы будем исходить из утверждения о центральном положении Земли. Получается, что в указанном масштабе древний геоцентризм является верным и отнюдь не отрицается гелиоцентризмом. Говоря иначе, гелиоцентризм не исключает геоцентризм, а включает его в себя на правах частного случая, момента, фрагмента, детали и т. п., устанавливает для него ограниченную область применения.

Рассмотрим еще один пример. В глубокой древности люди считали Землю плоской. На первый взгляд утверждение о том, что Земля шарообразна, напрочь отрицает, или отвергает представление, по которому она плоская. Возьмем какой-нибудь небольшой участок Земли в масштабах, например, района, в котором вы живете или города и зададимся вопросом: плоской или круглой она является в этом случае? Конечно же, плоской, потому что кривизна или шарообразность ее поверхности в избранных нами пределах ничтожно мала, равна почти нулю. Причем проводить какие-либо измерения, делать вычисления или составлять карту местности в данной ситуации мы будем, исходя из того, что Земля является не круглой, а плоской. Получается, идея о том, что Земля плоская не отрицается положением о ее шарообразности, а, наоборот, включается в него, но в качестве частного случая.

Наконец, самый простой пример, с которым, наверное, все когда-либо сталкивались, заключается в следующем. Когда мы едем на автомобиле по МКАДу, т. е. по кольцу, то почему-то не замечаем никакого кольца, и движемся по ровной и прямой линии, уходящей вдаль и никуда не поворачивающей. Понятно, что это недоразумение объясняется элементарно: каждый конкретный небольшой участок огромной по протяженности кольцевой дороги, представляет собой не кривую, а прямую линию, в силу того, что кривизна в данном случае не принимается в расчет. Таким образом, тезис о том, что путь прямой, не исключается утверждением о его кольцеобразности, а включается в него на правах фрагмента.

Итак, каждая новая теория в частности, равно как и научная картина мира в целом не уничтожает предыдущую, а, являясь более широкой, включает ее в себя. Кроме того, не будем забывать о том, что без предыдущего не могло бы быть и последующего, или, говоря иначе, любые новые взгляды, идеи и теории обязаны своим появлением на свет всем старым представлениям, существовавшим задолго и незадолго до них.

Проверьте себя

1. Как вы думаете, почему считается, что научные революции играют главную роль в развитии науки, являются центральными, или узловыми моментами ее истории?

2. Что такое единая научная картина мира? Каким образом связаны научные революции и научные картины мира? Можно ли свести радикальное изменение картины мира к какому-нибудь одному крупнейшему научному открытию? Открытия в каких науках играют наиболее важную роль в процессе изменения научной картины мира?

3. Какие три научные революции и соответствующие им три научные картины мира можно выделить в истории естествознания? Почему возможно утверждать, что историческое развитие науки происходит с ускорением?

4. Что представляет собой сформулированный Нильсом Бором принцип соответствия? Приведите какие-нибудь примеры, иллюстрирующие его.

Тема 3
Первая научная картина мира

1. Геоцентризм

2. Натурфилософия

3. Пантеизм

4. Циклизм

5. Рождение логики

1. Геоцентризм

По мифологическим представлениям первобытного человека Земля, как правило, являлась плоским диском, который плавает на поверхности мирового океана. Человек объяснял себе устройство мира так, как он его видел. Видим же мы, что Земля плоская. Почему бы нам тогда не считать ее плоской? Примерно то же думал и первобытный человек.

Однако со временем он начал понимать, что видимое нами может не совпадать с реальностью: видим мы одно, на самом же деле все совсем иначе. Человек начал пытаться понять невидимое, ненаблюдаемое. А для этого нужны не столько глаза, сколько разум, потому что мысль способна преодолеть любые пространственные расстояния и временные промежутки, скрывающие от нас истинное положение вещей. (Органы чувств – зрение, слух, осязание, обоняние, вкус – есть не только у человека, но и у животных, а мышлением наделен только человек).

Первая попытка мысленно дорисовать ненаблюдаемое означала зарождение науки. Отказавшись от представлений о Земле как о плоском диске, человек предположил, что и Земля и все мироздание имеют форму шара, а вернее, Земля – это твердый или заполненный веществом шар, а мироздание – пустой, внутри которого вращаются Солнце, Луна, звезды и другие небесные тела. Внимательный читатель, скорее всего, помнит – во второй теме мы говорили о том, что для науки термины «мир» и «Вселенная» не равнозначны, и что она предпочитает избегать понятий «мир», или «мироздание», предпочитая использовать в своих построениях понятие «Вселенная». Однако все это относится, по большей части, к современной развитой науке, к естествознанию, которое базируется на экспериментально-математических методах. Для древней, или античной науки рассуждения о мире, или мироздании были равносильными рассуждениям о Вселенной, или, как говорили древнегреческие философы и ученые, – космосе. Таким образом, пусть читателя не удивляет, что при описании первой научной картины мира термины «мироздание» и «Вселенная» будут использоваться как синонимы.

Какой бы грандиозной ни была шарообразная область мироздания, у нее есть границы. А если есть границы, значит есть центр. Когда же границ нет, тогда не может быть и центра Представьте себе отрезок – прямую линию, с двух сторон ограниченную точками. У отрезка есть границы – эти точки. Есть ли у него центр? Конечно же, есть. Им будет точка, лежащая ровно посередине двух концов этого отрезка. А теперь представьте себе прямую – линию, не имеющую границ, продолженную в бесконечность. Будет ли у нее центр? Конечно же, нет, потому что центр бесконечности может быть везде, и поэтому никакого одного, точного центра у нее нет.

Итак, по новым представлениям, сменившим мифологические взгляды, мир – это огромная, но не бесконечная сфера, которая имеет центр. Этот центр есть основное место мироздания, главная точка отсчета, начало всех координат. Все с этой точкой сравнивается, все по отношению к ней рассматривается, исходя из нее все рассчитывается и вычисляется. Что же является этим центром мира? По античным представлениям центром мироздания является Земля. Она неподвижна, а все остальные объекты мира – Солнце, Луна и звезды движутся вокруг нее.

Представление, по которому Земля является центром всего называется, как мы уже знаем, геоцентризмом (греч. ge – Земля). Сейчас мы знаем, что такое представление неверно: Земля – не центр мира и движется вокруг Солнца вместе с другими планетами. Однако, если какая-либо идея неверна, это вовсе на значит, что она ненаучна, ведь в науке одни представления постоянно сменяются другими. А вернее, не сменяются, а, как говорилось выше, включаются в другие, более широкие представления. Так, например, если считать, что весь мир – это Земля и окружающее ее видимое пространство, то вполне можно рассматривать Землю как центр. Если же считать, что весь мир – это бескрайнее пространство, а Земля – это один из бесчисленных его объектов, тогда ее никак нельзя рассматривать в качестве центра мира. Таким образом, все зависит от масштаба (размера, величины) нашего рассмотрения.

Представьте себе окружность длиной, допустим, в 20 см. Далее представьте себе дугу (то есть часть этой окружности) длиной в 5 см. Эта дуга будет прямой или кривой линией? Конечно же, – кривой. А теперь представьте себе окружность длиной в миллион километров и мысленно отложите на ней дугу длиной в те же 5 см. Эта дуга будет прямой или кривой линией? Конечно же, – прямой. Почему? Потому что, 5 см по сравнению с миллионом километров – это ничтожно малая величина, и кривизна дуги в этом случае будет ничтожной, незаметной – эта дуга будет казаться прямой линией.

То же самое и с картиной мира. Геоцентрическое представление о нем является правильным (то есть верно и хорошо все объясняющим) в небольших масштабах (в пределах Земли и видимой части неба). Но оно становится неправильным в грандиозных масштабах (относительно всего бескрайнего космоса). Поскольку древние представления о мироздании были не столь масштабными, как нынешние, геоцентрическая картина мира оказалась не только приемлемой, но и вполне убедительной для древности. Ее автором был греческий ученый Птолемей. Появившись за несколько веков до нашей эра, она просуществовала до 15 века (до открытия Коперника), то есть – приблизительно две тысячи лет.

Мы уже говорили о том, что с нынешней точки зрения геоцентрическое представление является неверным. Но для своего времени оно было смелым и дерзким шагом человеческой мысли в неизвестность. Ведь Земля была признана шарообразной, а не плоской (хотя мы этого и не видим), а видимое полушарие мира (то, которое находится над нами) было дополнено невидимым (тем, что под нами), в результате чего мироздание приобрело завершенную форму грандиозного шарообразного пространства, ограниченного огромной сферой. Геоцентризм стал одним из главных признаков первой научной картины мира.

Проверьте себя

1. Когда и где появилась первая научная картина мира?

2. Что такое геоцентризм? Почему у конечного (имеющего границы) есть центр, а у бесконечности не может быть центра?

3. С какой точки зрения геоцентрическое представление о мире является верным и с какой – неверным?

4. Почему нельзя говорить, что геоцентрическая картина мира ненаучна, если с современной точки зрения она является неправильной?

2. Натурфилософия

У древних греков не было современных приборов, с помощью которых они могли бы получать правильные и точные знания об окружающем мире. У них не было ни микроскопов, ни телескопов, ни космических кораблей. Современный человек, познающий мир, вооружен сложнейшими приборами и техническими приспособлениями, которые намного облегчают его научно-познавательную деятельность. Кроме того, он опирается на многотысячелетний опыт, накопленный предыдущими поколениями.

А древним ничего не оставалось, кроме как полагаться на самих себя, на свой страх и риск рисовать научную картину мира. Но как это возможно сделать без приборов и предыдущего опыта? Возможно было только одно: придумать картину мира, изобрести ее мысленно, увидеть (усмотреть, узреть) ее с помощью ума, поэтому мы говорим, что древние греки рисовали научную картину мира умозрительно, то есть – больше выдумывали, чем исследовали и экспериментировали. В силу этого в их картине мира присутствовало много фантастического или вымышленного, а сходство с реальностью было минимальным. И все же картина являлась красивой и величественной. Сравним научное понятие «картина мира» с настоящим живописным полотном. Когда мы смотрим на него, то несходство изображения с реальностью совсем не причиняет нам неудобства. Даже наоборот – мы восхищаемся замыслом художника и скорее предпочли бы живописную картину фотографии, несмотря на то, что она точно отображает реальность.

Умозрительное создание картины мира называется натурфилософией (лат. natura – природа). Натурфилософия – это философия природы или создание наиболее общих и умозрительных представлений, описывающих и объясняющих ее.

Однако, кроме умозрительного объяснения мира натурфилософия характеризуется также тем, что пытается увидеть мир весь, целиком, не разбивая его на отдельные части или области. Нынешняя наука существует в виде огромного количества дисциплин (физики, астрономии, химии, биологии и других), каждая из которых изучает какую-либо одну область мироздания. В отличие от нее древняя натурфилософия не делилась на дисциплины, а была единой наукой, исследуя сразу все части и области мира. Ее интересовало и движение небесных тел, и устройство Земли, и жизнь растений и животных и многое другое. Поэтому натурфилософы сильно отличались от современных ученых: они пытались мысленно охватить все и приобрести максимально широкие знания. Ни отдельных наук, ни специальных ученых в древности не было, а была только одна наука – натурфилософия и одни ученые – натурфилософы или просто – философы.

Неудивительно поэтому, что греческие мыслители были, по современным понятиям, и астрономами, и физиками, и биологами, и географами, и математиками. Например, в школьном курсе геометрии изучается теорема Фалеса или теорема Пифагора. Если бы нам сказали, что и Фалес и Пифагор – это известные греческие философы, то, скорее всего, мы невольно задались бы вопросом: «При чем же тут геометрия?» Однако после ознакомления с понятием натурфилософии, подобный вопрос исчезает, так как нам теперь известно, что в древности все возможные знания из самых разных областей действительности сосредотачивались в одной единственной науке, от которой впоследствии стали отделяться (как ветви дерева от его ствола) различные отрасли, разделы и дисциплины научного знания.

Первыми греческими натурфилософами были представители милетской школы (в г. Милет – греческой колонии на побережье Малой Азии) – Фалес, Анаксимандр и Анаксимен. Задумываясь об устройстве мироздания, милетские философы говорили следующее: нас окружают совершенно разные вещи, причем многообразие их бесконечно. Ни одна из них не похожа на любую другую: растение это не камень, животное – не растение, океан – не планета, воздух – не огонь и так далее до бесконечности. Однако, несмотря на различие между вещами мира, он является все же единым и цельным, значит у мирового многообразия есть некая общая основа, одна и та же для всех непохожих друг на друга предметов. За видимым разнообразием вещей кроется невидимое их единство. Милетские философы верно уловили данную закономерность мироздания и пытались найти эту основу, к которой сводятся все мировые различия и которое разворачивается в бесконечное мировое многообразие. Они стремились обнаружить основной принцип мира, все упорядочивающий и объясняющий и называли его первоначалом (греч. arche).

Фалес считал основой всего существующего воду: есть только она, а всё остальное – ее порождения и модификации. Понятно, что вода в его понимании совсем не похожа на то, что мы сегодня разумеем под этим словом. У него она – некое мировое вещество, из которого все рождается и образуется. Анаксимен первоначалом полагал воздух: все вещи происходят из него путем сгущения или разрежения. Самый разреженный воздух – это огонь, более густой – атмосферный, еще гуще – вода, далее – земля и, наконец, – камни. Анаксимандр не связывал первооснову мира с какой-либо стихией (водой, воздухом, огнем или землей) и считал единственным свойством первоначального мирового вещества, все образующего, его бесконечность, всеобъемность и несводимость к какой-либо конкретной стихии, а потому – неопределенность. Оно стоит по ту сторону всех стихий, все их в себя включает и называется Беспредельным (греч. Apeiron).

Как видим, идеи милетских мыслителей хорошо иллюстрируют натурфилософскую попытку умозрительного истолкования мира в его целостности.

Проверьте себя

1. Что такое умозрение и умозрительная картина мира?

2. Что обозначает термин «натурфилософия»?

3. Какими чертами помимо умозрительности отличается натурфилософское объяснение мира?