Неклассическое естествознание

На рубеже 19-20 вв. наука вплотную приступила к освоению качественно новых областей реальности – мега- и микромира, что повлекло за собой новую революцию в естествознании. Начало её было положено в сфере физики.

Среди основных открытий следует отметить следующие:

1895-1896 – открытие рентгеновских излучений и радиоактивности (немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген, французский физик Антуан Анри Беккерель, важные исследования в данном направлении в тот же период проводили французские физики Пьер и Мария Кюри).

1897 – открытие электрона как части атома (английский физик Джозеф Джон Томсон).

1900 – открытие квантов – закон излучения Планка: испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями – квантами (немецкий физик Макс Планк).

1905 и 1916 – специальная и общая теория относительности (А. Эйнштейн) – В специальной теории относительности было доказано. Что свойства пространства и времени не являются абсолютными, они зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Будучи тесно связанными, пространство и время образуют единый пространственно-временной континуум. В рамках общей теории относительности была доказана зависимость свойств пространства и времени от распределения масс вещества и теоретически обосновано положение о том, что пространство и время являются выражением наиболее общих отношений материальных объектов и вне материи существовать не могут.

1911 – открытие ядер атома, построение планетарной модели атома (английский физик Эрнст Резерфорд).

1913 – дополнение модели атома датским физиком Нильсом Бором: Электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Электрон излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома, и наоборот.

Неклассическое естествознание существенно изменило представления о веществе и движении. Исследование микрочастиц привело к обнаружению того явления, что частицы вещества проявляют волновые свойства, а свет, который традиционно рассматривался с волновой точки зрения, при излучении и поглощении проявляет корпускулярные свойства. Это свойство получило название корпускулярно-волновой дуализм. Впервые гипотеза о том, что все материальные микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами, была предложена в 1924 г. французским физиком Луи де Бройлем. В 1925-1930 гг. гипотеза была подтверждена экспериментально в работах Эрвина Шредингера, Вернера Гейзенберга, Макса Борна, Поля Дирака, что привело к становлению в качестве новой теории квантовой механики.

В 1927 г. Нильс Бор сформулировал принцип дополнительности, в соответствии с которым свойства микрообъектов проявляются в зависимости от экспериментальных условий (так, электрон в одних условиях будет проявлять волновые свойства, а в других – корпускулярные). Согласно Н. Бору, нельзя говорить о свойствах электрона до наблюдения.

Неклассическое естествознание расширило представления о динамике физической реальности. В процессе изучения движения микрочастиц стало очевидно, что оно не может быть описано с помощью законов классической механики. Было установлено, что движение частицы описывается амплитудами волн вероятности, волновой функцией. Частице нельзя приписать определенную координату, мы можем установить лишь вероятность ее нахождения вблизи указанной точки пространства. Такое поведение частицы зафиксировал сформулированный В. Гейзенбергом в 1927 г. принцип неопределенности: чем точнее известно положение частицы, тем неопределеннее становится ее импульс, и наоборот.

Общая теория относительности стимулировала появление релятивистской космологии. В 1920-е гг. российский физик А. Фридман и бельгийский физик Ж. Леметр независимо друг от друга сформулировали теорию нестационарной или расширяющейся Вселенной. Данная теория получила свое эмпирическое подтверждение в 1929 г. благодаря открытию американским ученым Э.П. Хабблом феномена красного смещения (суть его состоит в том, что у всех далеких галактик наблюдается понижение частоты излучения, что свидетельствует об удалении этих галактик друг от друга и от нашей Галактики, т.е. о расширении Вселенной). Следующее подтверждение теория нестационарной Вселенной получила после открытия в 1965 г. реликтового излучения американскими астрофизиками А.А. Пензиасом и Р. Вильсоном.

Становление квантово-релятивистской физики оказало большое влияние на химию. Если в 19 в. такие явления как валентность, периодическая система элементов Д.И. Менделеева рассматривались как сугубо химические феномены, то в 20 в. они получили свое объяснение на базе квантово-механической теории. Благодаря физике химия получила теоретическое обоснование.

В 20 в. была обнаружена глубокая физико-химическая основа биологических процессов. Это было обеспечено изучением жизненных процессов на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Еще в 1869 г. была открыта полимерная молекула ДНК. В 1953 г. американские биологи Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон расшифровали структуру молекулы ДНК. Открытие молекулярного уровня осуществления жизненных процессов привело к быстрому развитию молекулярной биологии и молекулярной генетики. Стремительное развитие молекулярной биологии открыло возможность изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и белков – субмолекулярных оснований жизненных процессов. Открытие ДНК и выявление ее структурной организации позволили сделать вывод о том, что именно ДНК, а не белок, как считалось ранее, является материальным носителем свойств живого.

В 1920-1930-е гг. начался интенсивный процесс взаимодействия между генетикой и эволюционной теорией Ч. Дарвина, которые до этого развивались обособленно. В результате сформировалась синтетическая теория эволюции, которая является в настоящее время наиболее разработанной системой представлений о процессах видообразования. Ее родоначальниками являются английские ученые Джулиан Хаксли, Джон Холдейн, Рональд Фишер, американский ученый Феодосий Добржанский и др. Благодаря синтетической теории под эволюцией биологи стали понимать закономерное изменение структуры популяции в соответствии с окружающей средой.

Синтетическая теория эволюции включает в себя следующие основные положения:

- популяция – это наименьшая, элементарная эволюционная единица;

- элементарным эволюционным событием является изменение генетического состава популяции;

- материалом для эволюции служат, как правило, мелкие изменения наследственности – мутации.

- единственный направляющий фактор эволюции – естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование; его действие основывается на сохранении и накоплении случайных мелких мутаций;

- эволюция – постепенный и длительный процесс; видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену временных популяций;

- эволюция непредсказуема и имеет ненаправленный характер, т.е. не идет в направлении какой-то конечной, заранее заданной цели.

Синтетическая теория эволюции привела к признанию в биологии популяционного стиля мышления. В этом же русле происходит становление концепции биосферы.

На протяжении первой половины 20 в. в разных отраслях естествознания успешно осваивались сложные системные образования, отличающиеся значительным числом входящих в них элементов, уровневой организацией, наличием автономных и вариабельных подсистем. Качественно новая природа изучаемых объектов потребовала не только кардинального обновления содержания естественнонаучных представлений о природе, но и перестройки идеалов и норм научного исследования, чем было обусловлено становление нового типа научной рациональности.

Основные методологические принципы неклассического естествознания:

1) Сближение субъекта и объекта познания, зависимость знания от применяемых субъектом средств и методов его получения. Таким образом, картина объективного мира определяется не только свойствами самого мира, но и характеристиками субъекта познания, его концептуальными, методологическими и иными элементами, его активностью (которая тем больше, чем сложнее объект). Так, например, принцип дополнительности указывает на взаимосвязь квантово-волновых свойств микрообъектов с субъект-объектными отношениями в процессе познания, с проблемой наблюдаемости и позицией наблюдателя.

2) Укрепление и расширение идеи единства всех взаимодействий, взаимосвязи всех явлений. Результатом этого стало формирование системно-структурного подхода, получившего воплощение в общей теории систем и кибернетике, разработанных в 1940-1950-е гг.

Весьма продуктивным оказалось использование идей кибернетики в биологии. Рассмотрение биологических объектов как самоорганизующихся систем позволило советскому биологу Ивану Шмальгаузену разработать теорию биологической эволюции самоорганизующегося процесса. Согласно этой теории, именно саморегуляция позволяет каждой биологической системе поддерживать свое существование, сохранять состав, структуру и многообразные, а также закономерно изменяться в пространстве и времени. По мнению И. Шмальгаузена, взаимодействие основных структурных единиц живого – организмов, популяций и биоценозов можно рассматривать как процесс передачи и преобразования информации.

3) Формирование вероятностного детерминизма: Так, в квантовой физике вследствие сложности изучаемых ею процессов (двойственный, корпускулярно-волновой характер частиц, влияние на них приборов и т.д.) возможно определить лишь движение большой совокупности частиц, дать их усредненную характеристику, а о движении отдельной частицы можно говорить лишь в плане большей или меньшей вероятности. Переход к анализу вероятностных процессов заставил ученых пересмотреть традиционное понимание причины как фактора внешнего воздействия и сконцентрировать внимание на внутренних факторах динамики.

4) Сочетание быстрого развития специализированных отраслей естественнонаучного знания и интегративных процессов, что свидетельствовало о становлении междисциплинарной организации науки.