Этапы развития науки. Особенности современного этапа

Обычно выделяют два больших этапа в развитии науки, в том числе естествознания: классический (XVII-XIX вв.) и неклассический (XX в.). В последнее время утверждается точка зрения, согласно которой со второй половины XX века наука вступила в новый этап перехода от неклассического к постнеклассическому (от «после»), свидетелями которого мы сейчас являемся.

Классическая наука сформировалась в результате научной революции XVII в, связанной с открытиями Н. Коперника (1473-1543), И. Кеплера (1571-1636), Г. Галилея (1564-1642), Р. Декарта (1596-1650), И. Ньютона (1643-1727) и других классиков естествознания.

В рамках классического естествознания утвердилась механическая картина мира, порядок которого стабилен и универсален. Все явления природы, включая живые организмы, можно описать с помощью законов классической механики. Предметом науки является общее и необходимое: «Наука – враг случайности». В этом проявляется концепция жесткого детерминизма в классической механике.

Становление нового, неклассического естествознания было связано со второй глобальной научной революцией конца XIX первой половины XX века, которая, в свою очередь, опиралась на научные открытия середины XIX века (закон сохранения энергии, открытие клеточного строения живой материи, эволюционная теория Ч.Дарвина и др.). Эта революция ознаменовалась цепной реакцией открытий в разных областях научного знания: в физике – открытие делимости атома, явления радиоактивности, теории относительности, квантовой теории и т.д., в химии – квантовая химия, в биологии – открытие механизмов наследственности, из которого выросла генетика. Возникают кибернетика, теория систем, биогеохимия и т.д.

В результате обнаруживается, что исследуемые новыми научными дисциплинами объекты не подчиняются всецело законам классической механики, естественный порядок не является данным, результат познания зависит не только от объекта (явлений природы), но и от средств, методов, приборов (камера Вильсона, синхрофазотрон, адронный коллайдер, электронный микроскоп и т.д.) которыми пользуются ученые. Все это привело к пониманию невозможности установить окончательную истину, так как познание – бесконечный, открытый процесс, а потому на каждом данном его этапе ученые получают не точную «фотографию» природы, а только постепенно уточняющуюся и развивающуюся систему истинных знаний о ней.

В качестве новых, формирующихся идей и теорий, которые определяют особенности и перспективы современного естествознания, выделяют общую теорию систем, синергетику, кибернетику, а также идею универсального эволюционизма.

В ходе обобщения и систематизации все возрастающего массива научных знаний обнаруживалась тесная взаимосвязь между различными областями действительности, в том числе между миром неживой, живой природы и миром человека. Стало очевидно, что мы имеем дело со сложными взаимосвязанными системами от элементарной частицы до Вселенной, которые вовлечены в процесс глобального эволюционного развития природы.

Основы общей теории систем были заложены австрийским биологом-теоретиком А. Берталанфи(1901-1972). Ключевыми для этой теории являются понятия «система», «элемент», «структура». По самому своему смыслу система (от греч. – «целое») означает целое, составленное из частей. Такие части неразложимые далее с позиций целостной системы, образуют ее элементы. Но система не есть простая сумма составляющих ее частей (принцип целостности). Человек, например, не есть просто набор, сумма его органов; общество не есть механическая сумма живущих в нем людей и т.д.

Чтобы система существовала и функционировала как определенное целостное единство, ее элементы должны быть определенным образом организованы, связаны между собой. Эти связи между элементами и образуют ее структуру (принцип структурности). Каждый элемент системы может рассматриваться как особая система (подсистема целого). В свою очередь, исследуемая система представляет собой один из элементов более широкой системы (принцип иерархичности).

Ввиду множественности связей, в которые включена каждая система, существует множество моделей описания ее поведения (принцип множественности описания систем).

Особенности тех связей, на основе которых организована любая система, придают ей определенную форму и устойчивость. Наука обнаруживает организованность не только в мире живых существ, где на нее обратили внимание давно, но и в системах неживой природы – от элементарных частиц до звездных систем ископлений галактик.

Организованность в природе, устойчивость тех системных образовании, которые в ней существуют, выражают словом «порядок». Противоположным ему состоянием является беспорядок или хаос (от греч. – беспорядок) – отсутствие структурной организации (отсутствие связей между элементами).

Для описания существующей в природе упорядоченности современная наука использует понятия «симметрия» и «асимметрия». Симметрия (от греч. – «соразмерность») – равенство, строгая правильность в расположении частей, обеспечивающая устойчивость структур системных образований: симметрия кристаллов, взаимного расположения атомов, ионов, молекул, органов живых организмов, периодичность свойств химических элементов (периодический закон Менделеева), смена дня и ночи, времен года, зарядовая симметрия (частицы и античастицы), биоритмы в живых организмах, круговорот веществ в биосфере.

Существует также пространственно-временная симметрия, что означает инвариантность (неизменность) действия законов природы для всех моментов времени и всех точек пространства. Из этого вытекают фундаментальные законы сохранения физических величин – энергии, массы, импульса (произведения массы тела на скорость), момента импульса (для вращающихся тел), спина (для элементарных частиц), электрического заряда.

В то же время симметрия, обеспечивающая устойчивость систем и процессов, всегда связана с нарушением симметрии – асимметрией, которая обеспечивает их изменчивость и, в конечном счете, эволюцию, от менее к более сложным формам организации. Например, неравноправность частиц и античастиц в нашем вещественном мире, преобладание «левых» (по способности поляризации света) минералов над правыми, наличие только «левосторонних» молекул, составляющих живые системы, асимметрия в строении органов в композиции частей тела сложных организмов, асимметрия правого и левого полушарий головного мозга человека и т.д.

Любая система существует в определенной среде и находится с ней в определенных взаимоотношениях. С учетом этого все системы делятся на закрытые, физически изолированные от среды, и открытые, постоянно обменивающиеся со средой, веществом и энергией. Это обстоятельство определяет различие в поведении таких систем: открытые системы, в отличие от закрытых, обладают способностью самоорганизации в процессе своей эволюции.

Классическая механика имела дело с закрытыми системами – физическими телами. Из этого возникало убеждение: все в природе подчиняется точным (механическим) закономерностям, ей чужд истинный хаос. Дальнейшее развитие научных знаний привело к возникновению термодинамики (науки о движении теплоты), которая базируется на двух основных законах: законе сохранения энергии и законе возрастания энтропии (от греч. – «превращение»). Согласно последнему в закрытых системах любой вид энергии без остатка превращается в тепловую энергию, которая, в свою очередь, переходя от нагретых тел к более холодным, рассеивается в пространстве. В результате все процессы в ней прекращаются, устанавливается «мертвое» равновесие, т.е. хаос.

Один из создателей второго закона термодинамики, Р. Клаузиус, первым догадался о страшной судьбе, уготованной этим законом Вселенной. Действительно, если Вселенная – закрытая система, то ее, в конце концов, ждет «тепловая смерть». Но на этом фатальном выводе наука не остановилась. В XX веке внимание ученых все больше начали привлекать открытые неравновесные системы. В таких системах за счет поступления энергии и наличия стоков создается и поддерживается неравновесность (состояние физического вакуума, поведение жидкостей, химические волны, лазерный луч, неустойчивость плазмы и т.д.), которая, однако, не означает безостановочного соскальзывания к хаосу. В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка к упорядоченности структуры, происходит самоорганизация системы. Один из классических примеров процесса самоорганизации – возникновение шестигранных ячеек в жидкости, равномерно подогреваемой снизу (ячейки Бенара), или, так называемая реакция Белоусова-Жаботинского, относящаяся к классу химических реакций, протекающих в колебательном режиме, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

В результате обобщения исследований таких систем и процессов возникла новая область знаний – неравновесная термодинамика. Ее идеи оказались применимы к миру живой и неживой природы, к явлениям общественной жизни. На базе этих идей сформировалось междисциплинарное направление научных исследований, получившее название синергетика (от греч. – «совместный», «согласованно действующий»). В ней существуют разные научные школы. Особенно большое внимание привлекают исследования бельгийского ученого И.Р. Пригожина.

С инергетика – это теория самоорганизации. Она изучает общие механизмы самоорганизации, т.е. самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения структур в открытых нелинейных системах. В общем виде эти механизмы выглядят так: открытые системы эволюционируют (развиваются) от устойчивого (равновесного) состояния к состоянию неустойчивого равновесия, которое под воздействием факторов случайного характера (флуктуации) нарушается. От неустойчивого состояния происходит переход системы к устойчивому состоянию с образованием новой ее структуры. С течением времени вновь возникает неустойчивость и т.д. Так образуются новые состояния Вселенной, новые состояния плазмы (звезд), образование новых; видов организмов в живой природе, новые парадигмы в науке, новый тип общества и т.д.

При этом важно иметь в виду, что такие системы содержат в себе разныевозможности, разные (альтернативные) пути своего развития. Проходя через точки ветвления этих путей (бифуркации), система под влиянием случайных факторов как бы осуществляет выбор, закрывающий другие пути ее эволюции, что делает этот процесс необратимым. Математически это означает ветвление решений нелинейного уравнения, поэтому такие системы называют еще нелинейными. Так, эволюцию биологических видов иногда представляют в виде ветвящегося дерева. Таким образом, эволюционное развитие (переход от относительно простого к более сложному) нельзя представлять как однолинейный процесс, описываемый прямой линией.

Законы ритма, циклической смены состояний, которые сопровождают процессы самоорганизации, описывают, по существу, переходы от порядка к хаосу, от хаоса к порядку. Эти переходы сопровождаются взрывными, катастрофическими процессами, которые возникают под действием незначительных, случайных причин, нарушающих неустойчивое уже состояние системы (сход снежной лавины, ядерная реакция, лавинообразное нарастание научных открытий и новых идей, революционный взрыв в обществе и т.д.).

Таким образом, синергетика отводит случайности особую, творческую роль в процессах самоорганизации природных и социальных систем. Отсюда – принцип И.Р. Пригожина: «Порядок через флуктуации». Изменилось и отношение к равновесным процессам. Если раньше считали, что всякие отклонения от равновесия ведут к разрушению и хаосу (максимум энтропии), то синергетика показывает, что вдали от равновесия в открытых системах возникают процессы самоорганизации, хаос превращается в порядок: «Равновесие – повторение пройденного, отклонение от равновесия – путь к новому, путь к прогрессу».

А если учесть всеобщую связь взаимодействующих и входящих друг в друга разномасштабных материальных систем, то все они оказываются вовлеченными в процесс универсальной эволюции, общие механизмы которой раскрывает синергетика. Так оказываются связанными между собой идеи универсального эволюционизма, системности и синергетики, которые и формируют контуры современной научной картины мира.

Кибернетика (от др.греч. Kybernetike – «искусство управления») – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.

Стаффорд Бир назвал кибернетику наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации «из любых источников», начиная со звёзд и заканчивая мозгом. Она включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять задачу управления. Кибернетика – междисциплинарные исследования структуры регулирующих систем. Кибернетика близко связана с теорией управления и теорией систем. И в зарождении и в развитии во второй половине XX века, кибернетика одинаково применима к физическому и социальному (то есть, основанный на языке) системам.

Кибернетические методы применяются при исследовании сложного взаимодействия системы с окружающей средой посредством обратной связи, что вызывает изменения в поведении системы.