Научная революция 16-17 вв. и формирование научного естествознания

В 16-17 вв. произошел переход от натурфилософии к современному естествознанию. Основной предпосылкой данного перехода стал процесс формирования основ индустриального капиталистического общества. Развитие капиталистической промышленности требовало постоянного совершенствования и изобретения новых технических систем и технологических процессов и вовлечения в практико-производственную сферу разнообразных природных материалов с целью их преобразования. Для этого необходимы были значительные знания о закономерностях природных явлений и процессов.

В 16-17 в. происходит бурное развитие опытно-экспериментального исследования природы. Оно отделяется от натурфилософии и мистики. Происходит соединение опытно-экспериментального и теоретического познания природы на математической основе. Указанные процессы могут быть квалифицированы как научная революция, в ходе которой возникает новое естествознание.

Отправной точкой научной революции стал выход в 1543 г. знаменитой книги Николая Коперника «О вращении небесных сфер». С этого момента начался переход от геоцентрической к гелиоцентрической модели Вселенной. В конце 16 в. в трудах Джордано Бруно была впервые высказана мысль о бесконечности Вселенной. Экспериментальное доказательство гелиоцентрическая модель Вселенной приобрела в трудах Галилео Галилея. Иоганн Кеплер установил, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, причем их движение происходит неравномерно.

Особое значение для развития естествознания имеют работы Галилея в области астрономии и механики. Он впервые придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей обосновал материальный характер небесных тел, сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Крупнейшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Галилей считал, что движущееся тело стремится пребывать в постоянном равномерном прямолинейном движении или в покое, если только какая-нибудь внешняя сила не остановит его или не отклонит от направления его движения. Таким образом, движение по инерции — это движение при отсутствии на него действия других тел. Согласно классическому принципу относительности, никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т.е. инерциальных систем (покоящихся или движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно), Галилей доказывал рассуждениями и многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания утверждать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Важную роль в становлении естествознания сыграли труды французского философа и ученого Рене Декарта. Ученый построил атомистическую картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до животных и человека. При этом свою модель природы Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движения тел по геометрически описываемым траекториям.

Своеобразным завершением научной революции 16-17 вв. считается творчество английского ученого Исаака Ньютона. Он доказал существование тяготения как универсальной силы и сформулировал закон всемирного тяготения. Механика Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения и закона равенства действия и противодействия.

Согласно ньютоновской концепции, физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек). Любое физическое действие представляет собой движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами механики. Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов принцип дальнодействия — мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных Ньютоном. Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Его можно сравнить с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать, тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, оно может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции — это три независимых друг от друга сущности.

 

В развитии естествознания можно выделить три этапа:

- классический (17 – рубеж 19-20 вв.);

- неклассический (первые две трети 20 в.);

- постнеклассический (последняя треть 20 – начало 21 вв.).

 

Классическое естествознание

Хронологически период классического естествознания начинается с научной революции 16-17 вв. и завершается на рубеже 19-20 вв.

Основные методологические ориентации классического естествознания:

1) Догматическая интерпретация истины в ее абсолютно завершенном и не зависящем от условий познания виде.

2) Установка на однозначное причинно-следственное описание событий и явлений, исключающее учет случайных и вероятных факторов, которые оценивались как результат неполноты знания и субъективных привнесений в его содержание.

3) Зависимость научного знания только от объекта познания, исключение из контекста естествознания всех субъективных компонентов познания, а также характерных для него условий и средств осуществления познавательных действий.

4) Интерпретация любых предметов научного познания как простых механических систем, подчиняющихся требованиям неизменности своих основных характеристик.

В свою очередь классический период можно разделить на два этапа:

- этап механистического естествознания (до 1830-х гг.);

- этап зарождения и формирования эволюционных идей в естествознании (с 1830-х гг. до рубежа 19-20 вв.).

Этап механистического естествознания

Лидирующее положение на этом этапе принадлежало физике, и, прежде всего, классической механике. В ее русле происходило формирование и развертывание основного понятийного аппарата, методологического инструментария для специальных исследований. Успехи механики, являвшейся в то время единственной математизированной областью естествознания, в немалой степени способствовали утверждению ее методов и принципов познания в качестве эталонов научного исследования природы.

Доминирование механики в системе научного знания той эпохи обусловило ряд особенностей стиля мышления классической науки. Объяснение сводилось к поиску механических причин и носителей сил, детерминирующих изучаемые явления, а обоснование предполагало сведение знания из любой области естественнонаучного исследования к фундаментальным принципам и идеям классической механики. Идеалом построения научного знания служили закономерности динамического типа. Исследовательские программы классического естествознания, заданные механической картиной мира, позволяли осваивать в качестве объектов познания лишь малые системы, включавшие в свой состав сравнительно небольшое количество элементов. В силу этого важнейшим методом специальных научных исследований выступал анализ – математический анализ в физике, количественный анализ в химии и т.д.

Начало формированию методологии классического естествознания было положено еще Г. Галилеем. По его мнению, исходным пунктом познания является чувственный опыт, который, однако, сам по себе не дает достоверного знания. Оно достигается планомерным реальным или мысленным экспериментированием, опирающимся на строгое количественно-математическое описание.

И. Ньютон в своем труде «Математические начала натуральной философии» (1687) определил содержание научного метода, который должен включать в себя следующие этапы:

1) проведение опытов в форме наблюдений и экспериментов;

2) вычленение посредством индукции в чистом виде отдельных сторон естественного процесса;

3) выявление управляющих этими процессами фундаментальных закономерностей и принципов;

4) осуществление математического выражения этих принципов, т.е. математическая формулировка взаимосвязи естественных процессов;

5) построение целостной теоретической системы путем дедуктивного развертывания фундаментальных принципов;

6) использование теоретических знаний на практике.

В результате синтеза знаний на основе вышеуказанных установок сформировалась механическая картина мира, основное содержание которой составляли следующие постулаты:

1) Весь мир представляет собой совокупность огромного числа неделимых и неизменных частиц, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающимися от тела к телу через пустоту.

2) Все события и процессы жестко детерминированы законами классической механики.

3) Главными понятиями при описании механических процессов были понятия «тело» и «атом». Весь мир состоит из тел, а все тела – из абсолютно твердых, однородных, неизменных и неделимых атомов.

4) Движение атомов и тел представлялось как их перемещение в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени. Пространство и время – арена движущихся тел, свойства которых неизменны и независимы от самих тел.

До середины 19 в. механическая картина мира выступала в роли общенаучной картины мира, оказывая существенное влияние и на исследовательские стратегии в других отраслях естествознания, прежде всего в химии и биологии. Успехи механики породили представление о принципиальной сводимости всех процессов в мире к механическим. Поэтому к началу 19 в. механика прямо отождествлялась с естествознанием. Ее задачи и сфера применения казались безграничными.

Однако по мере экспансии механической картины мира на новые предметные области наука все чаще сталкивалась с необходимостью учитывать особенности этих областей, требующих новых, немеханических представлений. Накапливались факты, которые трудно было согласовать с принципами механической картины мира. В итоге к середине 19 в. она утеряла свой универсальный характер.

Следует отметить, что на этапе классического естествознания развивалась не только механика. Так, нидерландский ученый Христиан Гюйгенс разработал во второй половине 17 в. волновую теорию света. В этот же период сформировались теории, объясняющие тепловые явления. Согласно одной из них, вещественной теории теплоты, теплота представляет собой «невесомую жидкость», способную перетекать от одного тела к другому – теплород. Наличием теплорода объяснялись температурные явления: чем больше теплорода в теле, тем выше его температура. Согласно другой, корпускулярной, теории, теплота является разновидностью внутреннего движения частиц, из которых состоит тело. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура тела. Окончательно корпускулярная теория утвердилась к середине 19 в.

Классическая химия строилась на основе теории флогистона, разработанной на рубеже 17-18 вв. немецким химиком Георгом Эрнстом Шталем. В соответствии с ней, все вещества рассматривались состоящими из трех компонентов: элементов, воды и флогистона (субстанции, которая не имеет веса, что позволяет ей при соединении с частицами вещества сообщать им свою «летучесть»). Химическая реакция понималась как переход флогистона от вещества, в котором его содержится много, к веществу, где оно содержится в меньшем количестве. Таким образом, химические взаимодействия по аналогии с механическими процессами. В 18 в. теория флогистона явилась основой развития количественного анализа сложных тел.

Во второй половине 19 в. французский химик Антуан Лавуазье предложил новую теорию, суть которой состоит в следующем:

- никакой особой субстанции в виде флогистона не существует;

- химические элементы – это простые вещества, которые не разлагаются в химических процессах;

- сложные вещества образуются из простых в результате действия «химических сил».

Этап зарождения и формирования эволюционных идей в естествознании

Данный этап был связан в значительной степени с появлением дисциплинарно-организованной науки. Механическая картина мира окончательно потеряла статус общенаучной. С развитием специализированных отраслей естественнонаучного исследования произошли значительные изменения в методологии естествознания.

Подрыв механической картины мира шел, главным образом, с двух сторон: со стороны самой физики, и со стороны биологии и геологии.

Изменения в физике связаны с исследованиями в области электрического и магнитного полей. В 1820 год датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции – возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля. В 1864 г. английский физик Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла.

В результате данных открытий материя предстала не только как вещество (как в механической картине мира), но и как электромагнитное поле. Успехи электродинамики привели к созданию электромагнитной картины мира, которая объясняла более широкий круг явлений и более глубоко выражала единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов (Ампера, Ома, Био-Савара-Лапласа). Поскольку электромагнитные процессы не редуцировались к механическим, то стало формироваться убеждение в том, что основные законы мироздания – не законы механики, а законы электродинамики. Механистический подход к таким явлениям, как свет, электричество, магнетизм, не увенчался успехом, и электродинамика все чаще заменяла механику.

Наряду с физикой изменения происходили в рамках геологии и биологии. Английский геолог Ч. Лайель в своем главном труде «Основы геологии» (1830-1833) разработал учение о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов. Земля у Лайеля развивается не в определенном направлении, она просто изменяется случайным образом. Причем изменение – это только постепенные количественные изменения, без скачков, перерывов постепенности, качественных изменений.

В рамках биологии формируются эволюционные идеи. В его труде «Философия зоологии» (1809) утверждалось, что природе свойственно постоянное стремление к совершенствованию своих форм, осуществляющемуся посредством наследования организмами благоприобретенных свойств от простого к сложному. Как сторонник изменения видов и деист, Ж.-Б. Ламарк считал, что Бог создал лишь материю и природу; все остальные неживые и живые объекты возникли из материи под воздействием природы.

Однако главную роль в падении механистически-метафизического естествознания сыграли три научных открытия, совершенных в 1830-1850-е гг.:

1) клеточная теория (М. Шлейден, Т. Шванн) – доказала внутреннее единство всего живого и указала на единство происхождения и развития всех живых существ;

2) закон сохранения и превращения энергии (Ю. Майер, Д. Джоуль, Э. Ленц) – признававшиеся ранее изолированными «силы» (теплота, электричество, свет, магнетизм) взаимосвязаны, переходят при определенных условиях одна в другую и представляют собой лишь различные формы одного и того же движения в природе; энергия как общая количественная мера различных форм движения материи не возникает из ничего и не исчезнет, а может только переходить их одной формы в другую;

3) эволюционная теория Ч. Дарвина – все растительные и животные организмы, а также человек, являются результатом длительного естественного развития органического мира, ведут свое начало от немногих простейших существ, которые в свою очередь произошли из неживой природы.

Вместе с тем и на этом этапе сохранялся присущий классическому естествознанию объективизм. Достижения эволюционизма 19 в. лишь дополняли, но не отвергали классический подход к проблемам естествознания.