Криза класичного природознавства на рубежі ХIХ-ХХ століть

Криза класичного природознавства на рубежі ХIХ-ХХ століть

Друга половина ХIХ століття в розвитку природознавства займає особливе місце. Це - період, який є одночасно і завершення старого, класичного природознавства і зародження нового, некласичного. З одного боку, велике наукове досягнення, закладений генієм Ньютона, - класична механіка - отримує в цей час можливість повною мірою розгорнути свої потенційні можливості. А, з іншого боку, в надрах класичного природознавства вже визрівають передумови нової наукової революції; механістична (метафізична) методологія виявляється абсолютно недостатньою для пояснення складних об'єктів, які потрапили в поле зору науки другої половини ХIХ століття. Лідером природознавства як і раніше є фізика.

Криза у фізиці на рубежі століть

Друга половина XIX ст. характеризується швидким розвитком усіх склалися раніше і виникненням нових розділів фізики. Однак особливо швидко розвиваються теорія теплоти і електродинаміка. Теорія теплоти розвивається за двома напрямками. По-перше, це розвиток термодинаміки, безпосередньо пов'язаної з теплотехніків. По-друге, розвиток кінетичної теорії газів і теплоти, що призвело до виникнення нового розділу фізики -- статистичної фізики. Що стосується електродинаміки, то тут найважливішими подіями були: створення теорії електромагнітного поля і виникнення нового розділу фізики - теорії електронів.

Найбільшим досягнення фізики другої половини ХIХ століття є створення теорії електромагнітного поля. До середини XIX ст. в тих галузях фізики, де вивчалися електричні та магнітні явища, був накопичений багатий емпіричний матеріал, сформульовано цілий ряд важливих закономірностей. Так, були відкриті найважливіші закони: закон Кулона, закон Ампера, закон електромагнітної індукції, закони постійного струму та ін Складніше була справа з теоретичними уявленнями. Будувалася фізика теоретичні схеми грунтувалися на уявленнях про дальнодії корпускулярної природі електрики. Повного теоретичного єдності в поглядах фізиків на електричні та магнітні явища не було. Однак до середини XIX ст. потреба в якісному вдосконаленні теоретичного базису вчень про про електричних і магнітних процесах стала цілком очевидною. З'являються окремі спроби створення єдиної теорії електричних і магнітних явищ. Одна з них виявилася успішною. Це була теорія Максвелла, яка справила справжній революційний переворот у фізиці.

Максвелл і поставив перед собою завдання перевести ідеї та погляди Фарадея на строгий математичний мова, або, кажучи іншими словами, інтерпретувати відомі закони електричних і магнітних явищ з точки зору поглядів Фарадея. Будучи блискучим теоретиком і віртуозно володіючи математичним апаратом, Дж. К. Максвелл впорався з цим складним завданням. Результатом його праць виявилося побудова теорії електромагнітного поля, яка була викладена в роботі "Динамічна теорія електромагнітного поля", опублікованій в 1864 р.

Ця теорія істотно змінювала уявлення про картину електричних і магнітних явищ. Вона їх об'єднувала в єдине ціле. Основні положення і висновки цієї теорії наступні.

Електромагнітне поле - реально й існує незалежно від того, є провідники та магнітні полюси, які виявляють його, чи ні. Максвелл визначав це поле таким чином: "... електромагнітне поле - це та частина простору, яка містить в собі, і оточує тіла, що знаходяться в електричному або магнітному стані "(Максвелл Дж. К. Вибрані твори з теорії електромагнітного поля.

Зміна електричного поля веде до появи магнітного поля, і навпаки.

Вектори напруг електричного і магнітного полів - перпендикулярні. Це і пояснював, чому електромагнітна хвиля виключно поперечна.

Теорія електромагнітного поля виходила з того, що передача енергії відбувається з кінцевою швидкістю. І таким чином вона обгрунтовувала принцип блізкодействія.

Швидкість передачі електромагнітних коливань дорівнює швидкості світла (с). З цього йшла принципова тотожність електромагнітних та оптичних явищ. Виявилося, що відмінності між ними тільки в частоті коливань електромагнітного поля.І з цього часу теорія Максвелла отримує визнання переважної більшості вчених.

У другій половині ХIХ століття робляться спроби надати поняття абсолютного простору й абсолютної системи відліку новий науковий зміст, очистивши їх від того метафізичного сенсу, який був наданий їм Ньютоном. У 1870 р. К. Нейман ввів поняття a-тіла, як такого тіла у Всесвіті, що є нерухомим і яку можна вважати за початок абсолютної системи відліку. Деякі фізики пропонували прийняти за a -тіло таке тіло, яке збігається з центром тяжіння всіх тіл у всьому Всесвіті, вважаючи, що цей центр ваги можна вважати що знаходяться в абсолютному спокої.

Комплекс питань про абсолютну просторі і абсолютному русі набув нового змісту у зв'язку з розвитком електронної теорії і виникненням гіпотези про електромагнітної природі матерії. Згідно з електронної теорії існує нерухомий всюди ефір і рухаються в ньому заряди. Нерухомий ефір заповнює весь простір і з ним можна зв'язати систему відліку, яка є інерціальній і, більше того, що виділена з усіх інерційних систем відліку. Рух щодо ефіру можна розглядати як абсолютне. Таким чином, на зміну абсолютного простору Ньютона прийшов нерухомий ефір, який можна розглядати як свого роду абсолютну і до того ж інерційну систему відліку.

Однак така точка зору вже з самого початку відчувала принципові труднощі. Про абсолютному русі тіла, тобто русі щодо ефіру, можна говорити і уявити, але визначити цей рух неможливо. Цілий ряд дослідів (Майкельсона і інші), поставлені з метою виявлення такого руху, дали негативні результати. Таким чином, хоча абсолютна система відліку і була, як здавалося, знайдено, тим не менш вона, як і абсолютний простір Ньютона, виявилася неспостережний. Лоренц для пояснення результатів, отриманих у цих дослідах, змушений був ввести спеціальні гіпотези, з яких випливало, що, незважаючи на існування ефіру, рух щодо нього визначити неможливо.

Однак всупереч таким думкам все частіше і частіше висловлювалися міркування про те, що саме поняття абсолютного прямолінійного і рівномірного руху як руху щодо якогось абсолютного простору позбавлене будь-якого наукового змісту. Разом з цим позбавляється змісту і поняття абсолютної системи відліку і вводиться більш загальне поняття інерціальній системи відліку, не пов'язане з поняттям абсолютного простору. У результаті поняття абсолютної системи координат стає беззмістовним. Інакше кажучи, всі системи, пов'язані з вільними тілами, що не перебувають під впливом будь-яких інших тіл, рівноправні.

У 1886 р. Л. Ланге, проводячи історичний аналіз розвитку механіки, і стверджуючи беззмістовність поняття абсолютного простору, запропонував визначення інерційній системі координат: інерціальні системи - це системи, які рухаються прямолінійно і рівномірно один по відношенню до одного. Перехід від однієї інерціальній системи до іншої здійснюється у відповідності з перетвореннями Галілея.

З погляду Маха всякий рух щодо простору не має ніякого сенсу. Про рух, по Маху, можна говорити тільки по відношенню до тіл. Тому всі величини, що визначають стан руху, є відносними. Значить, і прискорення - також чисто відносна величина. До того ж досвід ніколи не може дати відомостей про абсолютну просторі. Він звинуватив Ньютона у відступі від принципу, згідно з якому в теорію повинні вводитися тільки ті величини, які безпосередньо виводяться з досвіду.

Однак, незважаючи на ідеалістичний підхід до проблеми відносності руху, в міркуваннях Маха були деякі цікаві ідеї, які, сприяли появі загальної теорії відносності. Мова йде про т.зв. "Принципі Маха". Мах висунув ідею, згідно з якою інерціальні сили слід розглядати як дію загальної маси Всесвіту. Цей принцип згодом зробив значний вплив на А. Ейнштейна. Раціональне зерно "принципу Маха" полягало в тому, що властивості простору-часу обумовлені гравитирующих матерією. Але Мах НЕ знав, в якій конкретній формі виражається ця обумовленість.

До нових ідей про природу простору і часу підштовхували фізиків і результати математичних досліджень, відкриття неевклідових геометрій. Так, англійський математик Кліффорд в 70-х роках висловив ідею, що багато фізичні закони можуть бути пояснені тим, що окремі області простору підкоряються неевклідової геометрії. Більше того, він вважав, що кривизна простору може змінюватися з часом. Кліффорда належить до числа нечисленних в ХIХ столітті провісників ейнштейнівської теорії гравітації.

Кінець XIX ст. в історії фізики відзначено рядом принципових відкриттів, які безпосередньо призвели до Найважливіші з них: відкриття рентгенівських променів, відкриття електрона і встановлення залежності від його маси швидкості, відкриття радіоактивності, фотоефекту і його законів і ін

У 1895 р. Вільгельм Рентген (1845 - 1923) відкрив незвичайні промені, які згодом отримали назву рентгенівських. Відкриття цих променів зацікавило фізиків і буквально відразу викликало надзвичайно широку дискусію про природу цих променів. Протягом короткого часу були з'ясовані незвичайні властивості цих променів: здатність проходити через світлонепроникні тіла, іонізувати гази та ін Але природа самих променів залишалася неясною. Рентген висловив гіпотезу про те, що промені являють собою поздовжні електромагнітні хвилі. Існувала гіпотеза про корпускулярну природу цих променів. Однак всі спроби виявити хвильові властивості променів Рентгена, наприклад спостерігати їх дифракцію, довгий час були безуспішними. (Тільки в 1925 р. німецькому фізику Лауе вдалося виявити дифракцію рентгенівських променів від кристалічної решітки)

Найважливішим відкриттям у фізиці кінця XIX ст. було відкриття радіоактивності, який, крім свого загального принципового значення відіграло важливу роль у розвитку уявлень про електрон. Все почалося в 1896 р., коли Анрі Беккерель, досліджуючи загадкове почорніння фотографічної пластинки, що залишилася в ящику письмового столу поруч з кристалами сульфату урану, випадково відкрив радіоактивність. Систематичне дослідження радіоактивного випромінювання було зроблено Ернестом Резерфордом; він встановив, що радіоактивні атоми випускають частки двох різних типів, які назвав альфа і бета. Важкі позитивно заряджені альфа-частинки, як з'ясувалося, були швидко рухаються ядра гелію. Бета-частинки виявилися летять з великою швидкістю електронами.

Марія Кюрі (1867 - 1934), зайнявся дослідженням нового явища, прийшла до висновку, що в уранових рудах присутні речовини, що володіють також властивістю випромінювання, названого нею радіоактивним. У результаті наполегливої праці Марії та П'єру Кюрі (1859 - 1906), вдалося виділити з уранових руд новий елемент (1898), який володів радіоактивністю набагато більшою, ніж уран. Цей елемент був названий радієм.

Дослідженням знову відкритих явищ зайнялися багато фізиків. Потрібно було визначити природу радіоактивних променів, а також яке вплив на радіоактивність надають фізичні умови, в яких знаходяться радіоактивні речовини, і т.д. Всі ці питання почали прояснюватися в результаті подальших досліджень. У зв'язку з вивченням радіоактивних явищ перед фізиками встало два головні питання.

По-перше, це питання про природу радіоактивного випромінювання. Вже через короткий час після відкриття Беккереля стало ясно, що радіоактивне випромінювання неоднорідне і містить три компоненти, які отримали назву a -, b - і g-променів. При цьому виявилося, що a - і b-промені є потоками відповідно позитивно і негативно заряджених частинок. Природа g - випромінювання було з'ясовано пізніше, хоча досить рано висловлювалася думка, що воно являє собою електромагнітне випромінювання.

Друге питання, що виник у зв'язку з дослідженням радіоактивного випромінювання, був більш складним і полягав у визначенні джерела енергії, яку несуть ці промені. Що це за енергія, що перебуває всередині атома, яка звільняється при його розпад і виділяється разом з випромінюванням, був незрозумілий, як і взагалі питання про механізм самого радіоактивного розпаду, а перші теорії, що виникли для вирішення цього питання, не можна було вважати переконливими.

До великим відкриттям другої половини ХIХ століття повинні бути віднесено створення періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєвим, експериментальне виявлення електромагнітних хвиль Г. Герцем, відкриття явища фотоефекту, ретельно проаналізовано А.Г. Столєтова. У цьому ряду і ще одне дуже важливе відкриття - виявлення того, що відношення заряду до маси для електрона не є постійною величиною, а залежить від швидкості.

Відкриття залежності маси електрона від швидкості і пояснення цього факту наявністю електромагнітної маси викликали питання, має Чи взагалі електрон звичайною масою, масою в сенсі класичної механіки, масою в сенсі Ньютона. Це питання не міг бути вирішене.

Деяким вченим починає здаватися що сам розвиток науки призводить до відмови від визнання існування матерії і справедливості загальних найважливіших фізичних законів. Відкриття радіоактивності також приводить таких учених в розгубленість.

У таких умовах у фізиці складається атмосфера розчарування в можливості наукового пізнання істини, починається "бродіння умів", поширюються ідеї релятивізму і агностицизму. Ситуацію, що склалася у фізичній науці на рубежі XIX - ХХ ст., Пуанкаре назвав "кризою фізики". (Див.: Пуанкаре А. Про науку. М., 1990) "Ознаки серйозної кризи" фізики він в першу чергу пов'язував з можливістю відмови від фундаментальних принципів фізичного пізнання. "Перед нами" руїни "старих принципів, загальний" розгром "таких принципів", - вигукував він. "Принцип Лавуазьє "(закон збереження маси)," принцип Ньютона "(принцип рівності дії і протидії, або закон збереження кількості руху)," принципМайера "(закон збереження енергії) - всі ці фундаментальні принципи, які довгий час вважалися непорушними, тепер ставлять під сумнів.

На рубежі ХІХ - ХХ ст. багато вчених, намагаючись осмислити стан фізики, приходили до висновку про те, що сам розвиток науки показує її неспроможність дати об'єктивне уявлення про природу, що істини науки носять чисто відносний характер, не містять в собі нічого абсолютного, що ні про яку об'єктивної реальності, яка існує незалежно від свідомості людей, не може бути й мови.

Насправді ж проблема полягала в тому, що кінця ХIХ століття методологічні установки класичної, ньютонівської фізики вже вичерпали себе і необхідно було змінювати теоретико-методологічний каркас природничо-наукового пізнання. Виникла необхідність розширити і поглибити розуміння і самої природи та процесу її пізнання наукою. Не існує ніякої абсолютної субстанції буття, з пізнанням якої завершується прогрес науки. Як нескінченна, різноманітна і невичерпна сама природа, так нескінченний, різноманітний і невичерпний процес її пізнання природничими науками. Електрон так само невичерпний, як і атом. Кожна природничо-наукова картина світу є відносною і скороминущої. Процес наукового пізнання необхідно пов'язаний з періодичною крутий ламкої старих понять, теорій, картин світу, методологічних установок, способів пізнання. А "Фізичний ідеалізм" є просто наслідком нерозуміння деякими фізиками необхідності періодичної зміни філософсько-методологічних підстав природознавства. (У Росії аналіз революції в природознавстві на межі ХІХ-ХХ століть був здійснений В. І. Леніним у праці "Матеріалізм і емпіріокритицизм", вийшла в світ у 1909 р.)

До кінця ХIХ століття механістична, метафізична (тобто предметоцентріческая) методологія себе вичерпала. Природознавство прагнуло до нової діалектичної (тобто сістемоцентріческой) методології. Пошуки цієї нової методології були не простими, були пов'язані з боротьбою думок, шкіл, поглядів, філософської та світоглядної полемікою. Тому й виникла атмосфера розчарування в можливості пізнання природи, наміри в ідеалізм. Зрештою, у першій чверті ХХ століття природознавство все-таки знайшло свої нові філософсько-методологічні орієнтири, дозволивши криза кордону століть.

Еволюційна теорія виникла як складний синтез самих різних біологічних знань, у тому числі і досвіду практичної селекції. І тому процес затвердження теорії торкався найрізноманітніші галузі біологічної науки. Не випадково процес затвердження Дарвінових теорії носив складний, часом драматичний характер.

Особлива складність полягала в тому, що проти теорії природного відбору ополчилися не тільки прихильники креаціоністських поглядів, але також натуралісти, висуває й обгрунтовує інші еволюційні концепції, побудовані на інших принципах, ніж дарвінівська теорія.

Все це призвело до того, що картина розвитку біології в другій половині XIX ст. була дуже строкатою, мозаїчного, заповненої суперечностями, драматичними подіями, пристрасної боротьбою думок, шкіл, напрямів, взаємним нерозумінням позицій, а часто і небажанням зрозуміти точку зору іншого боку, великою кількістю поспішних, непродуманих і необгрунтованих висновків, необачних прогнозів і замовчування видатних досягнень.

Особливо важко й суперечливо протікало утвердження принципів Дарвінових теорії. Навколо їх ролі, змісту, їх інтерпретації боротьба велася гостра і тривала, особливо навколо принципу природного відбору. Можна вказати на чотири основні явища в системі біологічного пізнання другої половини XIX - початку ХХ ст., які були віхами в процесі затвердження принципів теорії природного відбору:

виникнення і бурхливий розвиток так званого філогенетичної напрямки, за проводиря та натхненником якого був Е. Геккель;

формування еволюційної біології - проникнення еволюційних уявлень в усі галузі біологічної науки;

створення експериментально-еволюційної біології;

Узагальнення принципів еволюційної теорії, виявлення меж, за яких вони не втрачають свого значення, виявилося у інтенсивному формуванні комплексу т.зв. еволюційної біології (тобто еволюційних напрямів у системі біологічного знання - систематики, палеонтології, морфології, ембріології, біогеографії та ін), що мав місце в 60-70-і роки ХІХ ст.

Виникнення в кінці минулого століття експериментально-еволюційної біології було викликане багато в чому необхідністю емпіричного обгрунтування та теоретичного утвердження принципів Дарвіном теорії, експериментальної перевірки та поглиблення розуміння факторів і законів еволюції. Особливо це стосувалося принципу природного відбору. Яскраві результати в експериментальному дослідженні природного відбору були отримані Г. Бемпесом (1897), В. Уелдон (1898), Е. Паультоном і С. Сандерсом (1899) та ін

А до рубежу XIX - ХХ ст. біологія, як і фізика, підійшла в стані глибокої кризи своїх методологічних підстав, викликаного багато в чому метафізичним змістом методологічних установок класичної біології. Криза проявився перш за все в різноманітті і суперечності оцінок та інтерпретацій сутності еволюційної теорії та інтенсивно накопичувалися даних у галузі генетики.

У середині і другій половині XVIII ст. вчення про спадковість збагачується новими даними - установленням статі у рослин, штучної гібридизацією і запиленням рослин, а також відпрацюванням методики гібридизації. Одним з основоположників цього руху є Й. Г. Кельрейтер (1733 - 1806), ретельно вивчав процеси запліднення і гібридизації. Досліди по штучної гібридизації рослин дозволили спростувати концепцію преформізма. У цьому відношенні ботаніка виявилася попереду зоології. Кельрейтер відкрив явище гетерозису - більш потужний розвиток гібридів першого покоління, що він, зрозуміло, пояснити правильно не міг.

У другій половині XVIII - початку XIX ст. спадковість розглядалася як властивість, що залежить від кількісного співвідношення батьківських і материнських компонентів. Вважалося, що спадкові ознаки гібрида є результатом взаємодії батьківських і материнських компонентів, їхньої боротьби між собою. А результат боротьби визначається кількісним участю, часткою того й іншого. Досліди з штучного схрещування рас гороху проводив Т. Е. Найт (1759 - 1838), що спостерігав домінування ознак гібридів.

Лише в першій половині XIX ст. стали складатися безпосередні передумови вчення про спадковість та мінливість -- генетики. Якісним кордоном тут, мабуть, виявилися дві події. Перше - створення клітинної теорії. Друга подія - виділення об'єкту генетики, тобто явищ спадковості як специфічної риси живого, яку не слід розчиняти в безлічі властивостей індивідуального розвитку організму.

Створення клітинної теорії було найважливішим кроком на шляху розробки наукових поглядів на спадковість і мінливість. Пізнання природи спадковості передбачало з'ясування питання про те, що є універсальною одиницею структурної організації рослинного і тваринного світів. Адже інваріантні характеристики органічного світу повинні мати і своє структурний вираз.

Створення клітинної теорії дозволяв "вийти" на об'єкт генетики.

Особливе місце в історії вчення про спадковість займає творчість О. Сажре (1763 - 1851). Заслуга О. Сажре в тому, що він перший в історії вчення про спадковість почав досліджувати не всі, а лише окремі ознаки схрещуються при гібридизації рослин. На цій основі (вивчаючи гібридизацію гарбузових) він приходить до висновку, що стара точка зору, начебто ознаки гібрида завжди є щось середнє між ознаками батьків, невірна. Ознаки в гібриді не зливаються, а перерозподіляються. Сажре вперше зрозумів корпускулярний, дискретний характер спадковості і виділив спадковість як специфічний об'єкт пізнання, відмінний від процесу індивідуального розвитку організму, розмежував предмет генетики як вчення про спадковості від предмета ембріології і онтогенетікі як вчення про індивідуальний розвиток організму. З робіт О. Сажре власне і починається наукова генетика.

Найважливішим відкриттям у генетиці XIX ст. було формулювання Г. Менделем його знаменитих законів. Розвиваючи методологічну установку, що містилася в роботах О. Сажре, Мендель розглядав не успадкованого всіх ознак організму відразу, а виділяв успадкованого одиничних, окремих ознак, абстрагуючись ці ознаки від інших, вдало застосовуючи при цьому варіаційно-статистичний метод, демонструючи евристичну міць математичного моделювання в біології. І хоча це відкриття випередив свій час і залишилося непоміченим аж до початку ХХ ст. Новаторське значення відкриттів Менделя не було оцінений його сучасниками: у свідомості біологів не дозріли ще всі необхідні передумови наукового вчення про спадковість. Такі передумови склалися лише на початку ХХ ст.

 

Криза класичного природознавства на рубежі ХIХ-ХХ століть

Друга половина ХIХ століття в розвитку природознавства займає особливе місце. Це - період, який є одночасно і завершення старого, класичного природознавства і зародження нового, некласичного. З одного боку, велике наукове досягнення, закладений генієм Ньютона, - класична механіка - отримує в цей час можливість повною мірою розгорнути свої потенційні можливості. А, з іншого боку, в надрах класичного природознавства вже визрівають передумови нової наукової революції; механістична (метафізична) методологія виявляється абсолютно недостатньою для пояснення складних об'єктів, які потрапили в поле зору науки другої половини ХIХ століття. Лідером природознавства як і раніше є фізика.