Этап становления неклассического естествознания

 

Объектом исследования классического естествознания был знакомый человеку «макромир» – действительность, состоящая из предметов, размеры которых сопоставимы с размерами человеческого тела, – т.е. это, можно сказать, был видимый и осязаемый нами мир. Однако к концу XIX века учёные-естествоиспытатели, благодаря уникальным экспериментальным постановкам, смогли проникнуть в структуру вещества на атомном и субатомном уровнях и исследовать действительность, состоящую из предметов, размеры которых не превышают 10^-8см. С этого момента на основе результатов исследования «микромира» начали складываться идеи неклассического естествознания. К концу XIX века стало известно о существовании электронов – частицах с отрицательным значением заряда. Приблизительно в это же время была открыта и радиоактивность. И с этой поры радиоактивные элементы стали широко использоваться как источники энергичных частиц, способных проникать вглубь атома. Далее,  в  своих  опытах   Э. Резерфорд,   бомбардируя  атомы  α-частицами, обнаружил плотное ядро, сосредотачивающее в себе почти всю массу атома, с положительным значением заряда. И на основе этого результата, он построил так называемую «планетарную» модель атома, в которой ядро атома – это как бы солнце, а вращающиеся электроны – это как бы планеты. Но такая система из заряженных частиц согласно законам электродинамики не просуществовала бы и миллиардной доли секунды; поскольку электроны, вращаясь, должны были бы постоянно излучать энергию, замедляться и, в конце концов, падать на ядро. Этот парадокс в теории, вызвавший «кризис» всей науки в целом, стал отправной точкой более глубоких исследований и теоретических разработок в физике «микромира». Датский физик Н. Бор существенно усовершенствовал модель атома Резерфорда. Он постулировал существование стационарных орбит, на которых электроны вопреки законам электродинамики не излучают энергии. И только при переходе электрона с одной орбиты на другую происходит излучение (или поглощение) энергии в виде определенной порции – кванта излучения. Таким образом, в отличие от классических представлений физика «микромира» оказалась квантованной. Получалось, что энергия от одной частицы к другой могла передаваться не непрерывно, а только в виде порций.

Эта теория квантов замечательно объясняла термодинамику излучения и явление фотоэффекта. Объяснение опиралось на предположение, что само электромагнитное излучение должно обладать квантовой природой, – оно должно состоять из частиц, – фотонов – квантов электромагнитных волн. Иными словами, электромагнитные волны приобретали свойства частиц. (Кстати говоря, в 1905 г. А. Эйнштейн, дав объяснение явлению фотоэффекта – способности электромагнитного излучения выбивать с поверхности твёрдых тел электроны – был удостоен Нобелевской премии.) Чуть позже Л. де Бройль высказал смелую гипотезу о том, что частице материи присуще непрерывность (свойство волны) и дискретность (квантованность). Это явление получило название корпускулярно-волнового дуализма; в определённых условиях частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля – корпускулярные.

Теперь в теоретических построениях для описания этих противоречивых свойств материи потребовалось ввести волновую функцию, которая определяла вероятность нахождения частицы в том или ином месте. Таким образом, физическое описание явлений «микромира» стало неопределённым. Более того, немецкий учёный В. Гейзенберг возвел эту неопределённость в принцип. Из этого принципа, в частности, следовало, что аппаратура принципиально не способна уточнять одновременно координаты и импульсы частиц. Чем точнее экспериментатор будет измерять импульс частицы, тем неопределённее будет её координата, – и наоборот. И, стало быть, согласно принципу неопределённости, невозможно точно предвидеть будущее.

Очевидно, такие выводы не согласовались с классическими представлениями в естествознании, и требовалось немалое усилие для того, чтобы принять эти факты.

К революционным открытиям XX века бесспорно относится создание А. Эйнштейном специальной, а затем и общей теории относительности. В этих теориях радикальному пересмотру были подвергнуты фундаментальные понятия науки – понятия пространства и времени. В специальной теории относительности А. Эйнштейн установил математическую связь пространственно-временных характеристик объекта с его движением относительно наблюдателя. В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи к свойствам движущейся материи. Пространство было абсолютно и существовало независимо от материального мира, наподобие некоего вместилища. Время тоже было абсолютно и существовало независимо как от пространства, так и от материи. В специальной же теории относительности обособленные понятия пространства и времени объединились в целостный «пространственно-временной континуум». Теперь у объекта, разогнавшегося до скорости близкой к скорости света, линейные размеры укорачивались, масса возрастала, а внутреннее время жизни, соответственно, увеличивалось. В общей теории относительности пространственно-временные свойства мира, в конечном итоге, определялись гравитационным полем. Ибо именно благодаря влиянию тел с огромными массами происходит искривление путей движения световых лучей.

Итак, период в развитии науки, получивший название неклассического естествознания, сопряжен с целым рядом фундаментальных открытий, которые позволили научному сообществу понять глубинные основания природных закономерностей. Благодаря этим открытиям, произошли и значительные «сдвиги» в мышлении человека. В результате чего, научная картина мира претерпела существенные изменения, а модель мира, рисуемая классическим естествознанием, стала выглядеть слишком уж упрощенной. Так, отчетливо обнаружилась зависимость научного знания от применяемых субъектом средств и методов познания. Иными словами, граница, разделяющая субъект и объект познания, в какой-то степени размылась.

В классическом естествознании XVII – XIX веков познающий субъект был полностью устранен из научной картины мира. Действительность изображалась как бы «сама по себе», независимо от того, кому и каким образом она раскрылась. По одну сторону существовал «объективный мир» – мир объектов познания, по другую сторону – «субъективный мир» – мир субъекта познания, включавший в себя и техническую аппаратуру, и накопленные знания, и методы исследования. Такая форма познания считалась «узаконенной» ещё со времён Р. Декарта. Именно Р. Декарт в своих философских размышлениях выделяет в мире наличие двух субстанций: мыслящей и протяженной. Причём согласно его воззрениям протяженное не мыслит, а мыслящее не имеет протяжения. Поэтому исследование вещей в пространстве не должно затрагивать сознания, а, значит, и познающего субъекта. Но в XX веке развитие науки разрушило эту форму познания. Теперь субъект с помощью приборов, проникая в «микромир», оказывал очень сильное воздействие на изучаемые явления. И, конечно, картина процесса полностью менялась. С точки зрения исследователя познавать теперь означало не «наблюдать со стороны», а активно вмешиваться. И чем более точными требовались результаты, тем более энергичным оказывалось это вмешательство.

В неклассическом естествознании описанию подлежит не то, что существовало бы вне познающего субъекта, а то, что получается в результате взаимодействия субъекта с тем, что он познает. Кроме этого, развитие неклассического естествознания существенно изменило концепцию детерминизма. Детерминизм (от лат. determino – определяю) – это учение об определяемости всех происходящих в мире процессов. Законы, которые были сформулированы в классической механике, имели универсальный характер, – они относились ко всем без исключения объектам. Например, закон Всемирного тяготения был действителен для всех материальных тел. Предсказания, выведенные из этого закона, – будь то солнечные или лунные затмения, приливы или отливы, – имели достоверный и однозначный характер. Случайность, в сущности, исключалась из природы и общества. Проявление случая в классической механике всякий раз означало недостаточное знание причин. Правда, с XVIII века стала складываться теория вероятностей. Предметом рассмотрения этой дисциплины были случайные события. Но статистические законы, формулируемые в теории вероятностей, признавались лишь как удобные вспомогательные средства исследования, и не шли ни в какое сравнение с фундаментальными законами классической механики.