Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

Добро пожаловать В МИР ЗАГАДОК, ОПТИЧЕСКИХ
ИЛЛЮЗИЙ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РАЗВЛЕЧЕНИЙ
Стоит ли доверять всему, что вы видите? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться? Почему взрослые и дети видят один и тот же предмет по разному? На этом сайте вы найдете ответы на эти и многие другие вопросы.

Log-in.ru© - мир необычных и интеллектуальных развлечений. Интересные оптические иллюзии, обманы зрения, логические флеш-игры.

Привет! Хочешь стать одним из нас? Определись…    
Если ты уже один из нас, то вход тут.

 

 

Амнезия?   Я новичок 
Это факт...

Интересно

Взрослые буйволы весят около 700 килограммов, а размах их рогов может достигать 2-х метров

Еще   [X]

 0 

Концепции современного естествознания (Садохин Александр)

В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания».

Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.

Год издания: 0000

Цена: 590 руб.



С книгой «Концепции современного естествознания» также читают:

Предпросмотр книги «Концепции современного естествознания»

Концепции современного естествознания

   В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания».
   Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.


А.П. Садохин Концепции современного естествознания Учебное пособие

Введение

   Современная наука объединяет более тысячи различных научных дисциплин, каждая из которых содержит специальные теории, концепции, методы познания и методики проведения экспериментов. Достижения науки закладывают основы мировоззрения человека. В этом процессе одно из главных мест принадлежит естественно-научным знаниям, которые формируются целой группой наук о природе, создающих целостное и адекватное представление об объективном мире.
   В то же время современный уровень развития общества предъявляет повышенные требования к уровню профессиональной подготовки специалистов, в которой значительное место принадлежит естественнонаучным знаниям. Сегодня обществу нужны специалисты, ориентированные не только на решение утилитарных задач в пределах знаний, полученных за время обучения. Современные требования к специалисту основываются на его способности к постоянному повышению квалификации, стремлении быть в курсе последних достижений в профессии, умении творчески адаптировать их к своей работе. Перед системой образования стоит задача подготовки высококвалифицированных специалистов, обладающих фундаментальными, разносторонними знаниями о различных процессах и явлениях окружающего мира. С этой целью в учебные планы высших учебных заведений включены такие дисциплины и лекционные курсы, которые должны формировать у студента широкие мировоззренческие ориентации и установки, помогать ему полнее овладевать научной картиной мира и избранной профессией. Реализовать эти цели призван курс «Концепции современного естествознания».
   Данная дисциплина не предполагает глубокого и подробного изучения всех природных законов и процессов, явлений и фактов, методов и экспериментов. Цель курса заключается в ознакомлении с основными положениями и современным состоянием развития естественных наук, помогающих формировать представление о полной картине окружающего мира, месте человека в ней, осознать проблемы развития общества.
   Ключевым словом курса является понятие «концепция» (от лат. conception – понимание, объяснение), которое означает относительно системное объяснение или понимание каких-то явлений или событий. Применительно к данному учебному курсу оно предполагает популярное содержательное описание естественно-научных знаний, формирующих общую картину мира в сознании человека. Различные естественно-научные представления о строении мира представляют собой базовое знание, необходимое для понимания мира в соответствии с уровнем знания каждой эпохи. Кроме того, без естественнонаучных знаний трудно понять не только развитие техники и технологии, но и развитие общества и культуры.
   Курс «Концепции современного естествознания» освещает основные проблемы, идеи и теории естественных наук, научные принципы познания, методологию, модели и результаты современного естествознания, составляющих в совокупности научную картину мира. В связи с этим в задачу курса входит формирование знания о междисциплинарных, общенаучных подходах и методах, выработка системного мышления в ходе анализа проблем современного естествознания, расширение познавательного кругозора обучающихся посредством выхода за границы их узкопрофессиональных интересов.
   В результате изучения дисциплины студенты должны получить знания, позволяющие учесть в дальнейшей профессиональной деятельности фундаментальные законы природы и основные методы исследования, а также информацию о наиболее важных исторических этапах и путях развития естествознания.
   Учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, который введен в учебные планы для студентов всех гуманитарных специальностей. Оно основывается на ранее опубликованных автором учебных пособиях и курсах лекций, прочитанных автором в различных вузах.
   Опыт преподавания данной дисциплины студентам разных гуманитарных специальностей показывает, что не следует излагать материал естественных наук, вникая в «технические детали», если это не оправдано общим замыслом и методологическим подходом к изложению предмета. Свою основную задачу автор видел в том, чтобы сделать форму изложения материала доступной для усвоения будущими специалистами, для которых естествознание не является профессиональной дисциплиной.
   Спектр гуманитарных специальностей в системе высшего образования достаточно широк и разнообразен, поэтому автор стремился придать своей работе универсальный характер, чтобы она была полезна для студентов различных гуманитарных специальностей – экономистов, психологов, философов, историков, социологов, менеджеров, юристов и др. Такая ориентация учебного пособия предполагает сознательный отказ от усвоения физических и химических формул, запоминания многочисленных правил и законов и концентрацию внимания на важнейших концепциях современного естествознания, являющихся фундаментом научной картины мира. Учебное пособие представляет собой одновременно научное и популярное издание, обеспечивающее быстрое и доступное введение широкого круга читателей в проблемы естественных наук.
   Автор выражает признательность рецензентам и коллегам-преподавателям за их ценные замечания и рекомендации, высказанные при создании учебного пособия, а также всем заинтересованным читателям за возможные замечания и пожелания.

Глава 1. Наука в контексте культуры

1.1. Наука как часть культуры

   • высшая форма человеческих знаний;
   • социальный институт, состоящий из различных организаций и учреждений, занятых получением новых знаний о мире;
   • система развивающихся знаний;
   • способ познания мира;
   • система принципов, категорий, законов, приемов и методов получения адекватных знаний;
   • элемент духовной культуры;
   • система духовной деятельности и производства.
   Все приведенные значения термина «наука» правомерны. Но эта многозначность также означает, что наука представляет собой сложную систему, призванную давать обобщенное целостное знание о мире. При этом данное знание не может быть раскрыто какой-то одной отдельной наукой или совокупностью наук.
   Чтобы понять специфику науки, ее следует рассмотреть как часть культуры, созданной человеком, сравнить ее с другими сферами культуры.
   Специфической особенностью человеческой жизнедеятельности является то обстоятельство, что она протекает одновременно в двух взаимосвязанных аспектах – естественно-природном и культурном. Изначально человек представляет собой живое существо, продукт природы, однако, чтобы существовать в ней удобно и безопасно, он создает внутри природы искусственный мир культуры, «вторую природу». Таким образом, человек существует в природе, взаимодействует с ней как живой организм, но при этом «удваивает» внешний мир, вырабатывая знания о нем, создавая образы, модели, оценки, предметы обихода и т. д. Именно такая вещно-познавательная деятельность человека и составляет культурный аспект человеческого бытия.
   Культура находит свое воплощение в предметных результатах деятельности, способах и методах существования человека, в различных нормах поведения и разнообразных знаниях об окружающем мире. Вся совокупность практических проявлений культуры подразделяется на две основные группы: материальные и духовные ценности. Материальные ценности образуют материальную культуру, а мир духовных ценностей, включающий в себя науку, искусство, религию, формирует мир духовной культуры.
   Духовная культура охватывает духовную жизнь общества, его социальный опыт и результаты, которые предстают в виде идей, научных теорий, художественных образов, моральных и правовых норм, политических и религиозных воззрений и других элементов духовного мира человека.
   Неотъемлемой составной частью культуры выступает наука, определяющая многие важные стороны жизни общества и человека. У нее, как и у других сфер культуры, есть свои задачи, отличающие их друг от друга. Так, экономика является тем фундаментом, который обеспечивает всю деятельность общества, она возникает на основе способности человека к труду. Мораль регулирует отношения между людьми в обществе, что очень важно для человека, который не может жить вне общества и должен ограничивать собственную свободу во имя выживания всего коллектива. Религия возникает из потребности человека в утешении при ситуациях, которые невозможно разрешить рационально (например, смерть близких людей, болезнь, несчастная любовь и т. д.).
   Задачей науки является получение объективных знаний о мире, познание законов, по которым функционирует и развивается окружающий нас мир. Обладая таким знанием, человеку намного легче преобразовывать этот мир, делать его более удобным и безопасным для себя. Таким образом, наука представляет собой сферу культуры, теснее всего связанную с задачей непосредственного преобразования мира, повышения его удобства для человека.
   В соответствии с преобразовательной ролью науки сформировался ее высокий авторитет, который выразился в появлении сциентизма – мировоззрения, основанного на вере в науку как единственную силу, призванную решить все человеческие проблемы. Сциентизм объявил науку вершиной человеческого знания, при этом он абсолютизировал методы и результаты естественных наук, отрицая научный характер социально-гуманитарного знания как не имеющего познавательного значения. Из таких представлений постепенно возникло представление о двух не связанных друг с другом культурах – естественнонаучной и гуманитарной.
   В противоположность сциентизму во второй половине ХХ в. сформировалась идеология антисциентизма, считающая науку опасной силой, ведущей к гибели человечества. Ее сторонники убеждены в ограниченности возможностей науки по решению коренных человеческих проблем и отказывают науке в положительном влиянии на культуру. Они считают, что наука повышает благосостояние населения, но в то же время увеличивает опасность гибели человечества. Лишь к концу XX в., осмыслив как положительные, так и отрицательные стороны науки, человечество выработало более взвешенную позицию по отношению к роли науки в современном обществе.
   Признавая важную роль науки в жизни общества, не следует соглашаться с ее «претензиями» на господствующее положение. Наука сама по себе не может считаться высшей ценностью человеческой цивилизации, она только средство в решении некоторых проблем человеческого существования. То же относится и к другим сферам культуры. Лишь взаимно дополняя друг друга, все сферы культуры могут выполнять свою основную функцию – обеспечивать и облегчать жизнь человека. Если же в этой взаимосвязи какой-то части культуры придается большее значение по сравнению с другими, это приводит к обеднению культуры в целом и нарушению ее нормального функционирования.
   Исходя из такой оценки наука сегодня рассматривается как часть культуры, представляющая собой совокупность объективных знаний о бытии, процессе получения этих знаний и применении их на практике.

1.2. Естественно-научная и гуманитарная культуры

   Культура, будучи результатом человеческой деятельности, не может существовать изолированно от мира природы, являющегося ее материальной основой. Она неразрывно связана с природой и существует внутри ее, но, имея природную основу, сохраняет свое социальное содержание. Такого рода двойственность культуры привела к формированию двух типов культуры: естественно-научной и гуманитарной (или двух способов отношения к миру, его познанию). На начальной стадии человеческой истории оба типа существовали как единое целое, поскольку человеческое познание в одинаковой степени было направлено и на природу, и на самого себя. Однако постепенно у каждого типа выработались свои принципы и подходы, определились цели; естественно-научная культура стремилась изучать природу и покорять ее, а гуманитарная ставила целью изучать человека и его мир.
   Впервые идея о различии естественно-научного и гуманитарного знания была выдвинута в конце XIX в. немецким философом В. Дильтеем и философами Баденской школы неокантианства В. Виндельбандом и Г. Риккертом. Предложенные ими термины «наука о природе» и «наука о духе» достаточно быстро стали общепринятыми, сама же идея прочно утвердилась в философии. Наконец, в 1960–1970 гг. английский историк и писатель Ч. Сноу сформулировал идею альтернативы двух культур: естественно-научной и гуманитарной. Он заявил, что духовный мир интеллигенции все отчетливее раскалывается на два лагеря, в одном из которых – художники, в другом – ученые. По его мнению, две культуры находятся в постоянном конфликте друг с другом, причем взаимопонимание между представителями этих культур в силу их абсолютной чуждости невозможно.
   Обстоятельное изучение вопроса о соотношении естественнонаучной и гуманитарной культур действительно позволяет найти между ними существенные различия. Обнаруживаются две крайние точки зрения. Сторонники первой заявляют, что именно естествознание с его точными методами исследования должно стать образцом, которому следует подражать гуманитарным наукам. Радикальными представителями этой точки зрения являются позитивисты, которые считают «идеалом» науки математическую физику, а основным методом построения любого научного знания – дедуктивный способ математики. Сторонники противоположной позиции утверждают, что подобный взгляд не учитывает всей сложности и специфики гуманитарного знания и потому является утопическим и малопродуктивным.
   Ориентируясь на созидательную сущность культуры, можно утверждать, что принципиальной особенностью естественно-научной культуры является ее способность «открывать» мир, природу, которые представляют собой самодостаточную систему, функционирующую по своим собственным законам, причинно-следственным связям. Естественно-научная культура акцентирует внимание на изучении и исследовании природных процессов и законов, ее специфика заключается в высокой степени объективности и достоверности знаний о природе. Она стремится как можно точнее прочитать бесконечную «книгу природы», овладеть ее силами, познать ее как объективную реальность, существующую независимо от человека.
   В то же время история человеческой культуры свидетельствует о том, что любая духовная деятельность людей протекает не только в форме естественно-научного познания, но и в форме философии, религии, искусства, социальных и гуманитарных наук. Все эти виды деятельности и составляют содержание гуманитарной культуры. Основным предметом гуманитарной культуры, таким образом, являются внутренний мир человека, его личностные качества, человеческие взаимоотношения и т. д., а ее специфика определяется социальной позицией человека и господствующими в обществе духовными ценностями.
   Различия между естественно-научным и гуманитарным знанием вызваны не только разными целями, предметами и объектами данных направлений познавательной деятельности, но и двумя основными способами процесса мышления, имеющими физиологическую природу. Известно, что мозг человека функционально асимметричен: правое его полушарие связано с образным интуитивным типом мышления, левое – с логическим типом. Соответственно преобладание того или иного типа мышления определяет склонность человека к художественному или рациональному способу восприятия мира.
   Рациональное знание служит основой естественно-научной культуры, поскольку ориентировано на разделение, сравнение, измерение и распределение по категориям знаний и информации об окружающем мире. Оно наиболее приспособлено для накопления, формализации и трансляции постоянно увеличивающегося количества знаний. В совокупности различных фактов, событий и проявлениях окружающего мира оно раскрывает нечто общее, устойчивое, необходимое и закономерное, придает им системный характер путем логического осмысления. Для естественно-научного знания свойственны стремление к истине, выработка специального языка для максимально точного и однозначного выражения полученного знания.
   Интуитивное мышление, напротив, выступает основой для гуманитарного знания, поскольку отличается индивидуальным характером и не может быть подвержено строгой классификации или формализации. Оно основывается на внутренних переживаниях человека и не имеет строгих объективных критериев истинности. Однако интуитивное мышление обладает огромной познавательной силой, так как ассоциативно и метафорично по своему характеру. Используя метод аналогии, оно способно выходить за рамки логических конструкций и рождать новые явления материальной и духовной культуры.
   Таким образом, естественно-научная и гуманитарная культуры обособлены не случайно. Но данное разделение не исключает их исходной взаимозависимости, которая не носит характер несовместимых противоположностей, а выступает скорее как взаимодополняемость. Актуальность проблемы взаимодействия двух культур состоит в том, что они оказались слишком «дистанцированными» друг от друга: одна исследует природу «саму по себе», другая – человека «самого по себе». Взаимодействие человека и природы каждая из культур рассматривает либо в познавательном, либо в «покорительном» плане, в то время как обращение к бытию человека требует углубления единства не только естественно-научной и гуманитарной культур, но и единства человеческой культуры в целом. Решение этой проблемы упирается в парадокс, заключающийся в том, что законы природы для всех людей и везде одинаковы, но различны и порой несовместимы мировоззрения, нормы и идеалы людей.
   Факт существования различий между естественно-научной и гуманитарной культурами не отменяет необходимости единства между ними, которое может быть достигнуто только при их прямом взаимодействии. Сегодня как в естественно-научном, так и в гуманитарном знаниях усиливаются интеграционные процессы за счет общих методов исследования; в этом процессе обогащается техническое оснащение гуманитарных исследований. Тем самым устанавливаются связи гуманитарных наук с естественными науками, которые также заинтересованы в этом. Так, например, результаты логических и лингвистических исследований используются в разработке информационных средств естествознания. Все большее значение приобретают совместные разработки естественников и гуманитариев в сфере этических и правовых проблем науки.
   В последние годы под влиянием достижений технического прогресса и такого общенаучного метода исследования, как системный подход, прежняя конфронтация между естествоиспытателями и гуманитариями значительно ослабла. Гуманитарии поняли важность и необходимость использования в своих знаниях не только технических и информационных средств естествознания и точных наук, но и эффективных научных методов исследования, которые первоначально возникли в рамках естествознания. Экспериментальный метод исследования из естественных наук проникает в гуманитарные науки (социологию, психологию); в свою очередь естествоиспытатели все чаще обращаются к опыту гуманитарного познания. Таким образом, можно говорить о гуманитаризации естествознания и сциентизации гуманитарного знания, активно происходящих в наши дни и постепенно стирающих границы между двумя культурами.

1.3. Критерии научного знания

   Первым из них выступает системность знания, в соответствии с которым наука имеет определенную структуру, а не является бессвязным набором отдельных частей. Система в отличие от суммы характеризуется внутренним единством, невозможностью изъятия либо добавления без веских оснований каких-либо элементов в ее структуру. Научное знание всегда выступает в качестве определенных систем; в этих системах есть исходные принципы, фундаментальные понятия (аксиомы), а также знания, выводимые из этих принципов и понятий по законам логики. На основании принятых исходных принципов и понятий обосновывается новое знание, интерпретируются новые факты, результаты опытов, наблюдений, измерений. Хаотический набор верных высказываний, не систематизированных относительно друг друга, сам по себе научным знанием считаться не может.
   Вторым критерием науки является наличие механизма получения новых знаний. Это предусматривает не только отработанную методику практического и теоретического исследования, но и наличие людей, специализирующихся на этой деятельности, соответствующих организаций, а также необходимых материалов, технологий и средств фиксации информации. Наука появляется тогда, когда для этого создаются объективные условия в обществе, имеется достаточно высокий уровень развития цивилизации.
   Третий критерий научности – теоретичность знания, определяющая цель научного познания. Все научные знания упорядочены в теориях и концепциях, которые согласуются между собой и с доминирующими представлениями об объективном мире. Ведь конечной целью науки является получение истины ради самой истины, а не ради практического результата. Если наука направлена только на решение практических задач, она перестает быть наукой в полном смысле этого слова. В основе науки лежат фундаментальные исследования, чистый интерес к окружающему миру, а затем на их основе идут прикладные исследования, если это позволяет уровень развития техники. Так, существовавшие на Востоке научные знания использовались лишь в религиозных магических ритуалах и церемониях либо в непосредственной практической деятельности. Поэтому мы не можем говорить о наличии там науки на протяжении многих веков как самостоятельной сферы культуры.
   Четвертым критерием научности является рациональность знания, т. е. получение знания только на основе рациональных процедур. В отличие от других видов знания научное не ограничивается констатацией фактов, а стремится их объяснить, сделать понятными для разума человека. В основе рационального стиля мышления лежит признание существования универсальных, доступных разуму причинных связей, а также формального доказательства в качестве главного средства обоснования знания. Сегодня это положение кажется тривиальным, но познание мира преимущественно с помощью разума появилось только в Древней Греции. Восточная цивилизация так и не приняла этого специфического европейского пути, отдавая приоритет интуиции и сверхчувственному восприятию.
   Для науки начиная с Нового времени вводится дополнительный, пятый критерий научности. Это наличие экспериментального метода исследования, математизации науки, которое связало науку с практикой, создало современную цивилизацию, ориентированную на сознательное преобразование окружающего мира в интересах человека.
   Пользуясь приведенными выше критериями, можно всегда отличить научное знание от ненаучного (псевдонауки). Это особенно важно в наши дни, так как в последнее время всегда существовавшая рядом с наукой псевдонаука привлекает к себе все большее число сторонников.
   Опасность псевдонауки заключается в том, что она, пользуясь авторитетом науки, паразитирует на ней. Не внося никакого вклада в развитие подлинной науки, она претендует на общественное признание. Нередко среди представителей псевдонауки встречаются настоящие мошенники, пользующиеся доверием, которое испытывает современный человек к ученым. Следует четко представлять, что такое псевдонаука, знать, чем она отличается от подлинной науки.
   Структура псевдонаучных знаний обычно не носит системного характера, а отличается фрагментарностью. Для псевдонауки свойственны некритический анализ исходных данных (мифов, легенд, рассказов третьих лиц), пренебрежение к противоречащим фактам, а нередко и прямая подтасовка фактов.
   Несмотря на это, псевдонаука пользуется успехом. Для этого есть соответствующие основания. Одно из них – принципиальная неполнота научного мировоззрения, оставляющая место для догадок и измышлений. Но если раньше эти пустоты в основном заполнялись религией, то сегодня их место заняла псевдонаука, чьи аргументы если и неверны, но понятны всем. Обычному человеку доступнее псевдонаучные объяснения, чем сухие научные рассуждения, которые зачастую невозможно понять без специального образования. Поэтому корни псевдонауки лежат в самой природе человека.
   По своему содержанию псевдонаука не является однородной, в ней можно выделить несколько категорий псевдонаук.
   Первой являются реликтовые псевдонауки, среди которых всем известные астрология и алхимия. Когда-то они были источником знаний о мире, питательной средой для зарождения подлинной науки. Псевдонауками они стали после появления химии и астрономии.
   В Новое время появились оккультные псевдонауки – спиритизм, месмеризм, парапсихология. Общим для них является признание существования потустороннего (астрального) мира, не подчиняющегося физическим законам. Считается, что это высший по отношению к нам мир, в котором возможны любые чудеса. Связываться с этим миром можно через медиумов, экстрасенсов, телепатов, при этом возникают разные паранормальные явления, которые и становятся предметом изучения псевдонауки.
   В XX веке появились модернистские псевдонауки, в которых мистическая основа старых псевдонаук преобразовалась под действием научной фантастики. Среди таких наук ведущее место принадлежит уфологии, занимающейся изучением НЛО.
   Как же отделить подлинную науку от подделок под нее? Для этого методологами науки помимо уже названных нами критериев научности сформулировано несколько важнейших принципов.
   Первый из них – принцип верификации (практической подтверждаемости): если какое-то понятие или суждение сводимо к непосредственному опыту (т. е. эмпирически проверяемо), то оно имеет смысл. Иными словами, научные знания могут быть проверены на соответствие опыту, а ненаучные знания такой проверке недоступны.
   Различают непосредственную верификацию, когда происходит прямая проверка утверждений, и косвенную, когда устанавливаются логические отношения между косвенно верифицируемыми утверждениями. Поскольку понятия развитой научной теории, как правило, трудно свести к данным опыта, для них используется косвенная верификация, которая утверждает: если невозможно опытным путем подтвердить какое-то понятие или суждение теории, можно ограничиться экспериментальным подтверждением выводов из них. Например, понятие «кварк» было введено в физике еще в 1930-е гг., но в экспериментах такой частицы материи обнаружить не удавалось. В то же время кварковая теория предсказала ряд явлений, позволявших опытную проверку, в ходе которой и были получены ожидаемые результаты. Тем самым косвенно подтвердилось и существование кварков.
   Сразу же после своего появления принцип верификации подвергся резкой критике его противниками. Суть возражений сводилась к тому, что наука не может развиваться только на основе опыта, так как она предполагает получение таких результатов, которые несводимы к опыту и напрямую из него невыводимы. В науке существуют формулировки законов, которые не могут быть проверены с помощью критерия верификации. Кроме того, сам принцип верифицируемости «неверифицируем», т. е. его следует отнести к разряду бессмысленных, подлежащих исключению из системы научных высказываний.
   В ответ на эту критику учеными был предложен другой критерий разграничения научного и ненаучного знаний – принцип фальсификации, сформулированный крупнейшим философом и методологом науки XX в. К. Поппером. В соответствии с этим принципом научным может считаться только принципиально опровержимое (фальсифицируемое) знание. Давно известно, что никакое количество экспериментальных подтверждений не является достаточным для доказательства теории. Так, мы можем наблюдать сколько угодно примеров, ежеминутно подтверждающих закон всемирного тяготения. Но достаточно одного примера (например, камня, не упавшего на землю, а улетевшего прочь от земли), чтобы признать этот закон ложным. Поэтому ученый должен направлять все свои силы не на поиски очередного экспериментального доказательства сформулированной им гипотезы или теории, а на попытку опровергнуть свое утверждение; критическое стремление опровергнуть научную теорию является наиболее эффективным путем подтверждения ее научности и истинности. Критическое опровержение выводов и утверждений науки не дает ей застояться, является важнейшим источником ее роста, хотя и делает любое научное знание гипотетичным, лишая его законченности и абсолютности.
   Критерий фальсификации также был подвергнут критике. Утверждалось, что принцип фальсифицируемости недостаточен, поскольку неприменим к тем положениям науки, которые не поддаются сопоставлению с опытом. Кроме того, реальная научная практика противоречит немедленному отказу от теории, если обнаружен единственный противоречащий ей эмпирический факт.
   На самом деле истинная наука не боится ошибаться, признавать свои прежние выводы ложными. Если же какая-то концепция при всей ее наукообразности утверждает, что ее невозможно опровергнуть, отрицает саму возможность иного истолкования каких-либо фактов, это свидетельствует о том, что мы столкнулись не с наукой, а с псевдонаукой.

1.4. Структура научного знания

   Под термином «наука» обычно понимается особая сфера деятельности людей, главной целью которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний обо всех сторонах и областях действительности. При таком понимании сущности науки она представляет собой систему, многообразные элементы которой связаны между собой общими мировоззренческими и методологическими основаниями. Элементами системы науки выступают различные естественные, общественные, гуманитарные и технические научные дисциплины (отдельные науки). Современная наука включает в себя более 15 000 различных дисциплин, а число профессиональных ученых в мире превысило 5 млн человек. Поэтому наука сегодня имеет сложную структуру, которую можно рассматривать в нескольких аспектах.
   В современном науковедении главным основанием классификации научных дисциплин является предмет исследования. В зависимости от сферы бытия, которая выступает в качестве предмета исследования науки, принято различать естественные (комплекс наук о природе), общественные (науки о видах и формах общественной жизни) и гуманитарные (изучающие человека как мыслящее существо) науки. Данная классификация основывается на разделении окружающего нас мира на три сферы: природу, общество и человека. Каждая из этих сфер изучается соответствующей группой наук, а каждая группа в свою очередь представляет собой сложный комплекс множества взаимодействующих между собой самостоятельных наук.
   Так, в естествознание, предметом исследования которого является природа как единое целое, входят физика, химия, биология, науки о Земле, астрономия, космология и др. Обществознание составляют экономические науки, право, социология, политические науки. Комплекс гуманитарных наук образуют психология, логика, культурология, языкознание, искусствоведение и др. Особое место занимает математика, которая вопреки широко распространенному заблуждению не является частью естествознания. Это междисциплинарная наука, которая используется как естественными, так общественными и гуманитарными науками. Часто математику называют универсальным языком науки; особое место математики определяется предметом ее исследований. Это наука о количественных отношениях действительности (все остальные науки имеют своим предметом какую-либо качественную сторону действительности), она носит более общий, абстрактный характер, чем все остальные науки, ей «все равно», что считать (см. табл. 1.1).
   По ориентации на практическое применение результатов все науки объединяются в две большие группы: фундаментальные и прикладные. Фундаментальные науки – система знаний о наиболее глубоких свойствах объективной реальности, не имеющая выраженной практической направленности. Такие науки создают теории, объясняющие основы бытия людей; фундаментальные знания этих теорий определяют особенности представления человека о мире и самом себе, т. е. являются основанием для научной картины мира. Как правило, фундаментальные исследования проводятся в силу не внешних (социальных) потребностей, а внутренних (имманентных) стимулов; для фундаментальных наук характерна аксиологическая (ценностная) нейтральность. Открытия и достижения фундаментальных наук являются определяющими в формировании естественно-научной картины мира, в изменении парадигмы научного мышления. В фундаментальных науках вырабатываются базовые модели познания, выявляются понятия, принципы и законы, составляющие основание прикладных наук. К фундаментальным наукам относятся математика, естественные науки (астрономия, физика, химия, биология, антропология), социальные науки (история, экономика, социология, философия), гуманитарные науки (филология, психология, культурология).
   Прикладные науки, напротив, рассматриваются как система знаний, имеющая четко выраженную практическую направленность. Опираясь на результаты фундаментальных исследований, они ориентируются на решение конкретных проблем, связанных с интересами людей. Прикладные науки амбивалентны, т. е. в зависимости от сферы приложения могут оказывать как позитивное, так и негативное воздействие на человека, они ценностно ориентированы. К прикладным наукам относятся технические дисциплины, агрономия, медицина, педагогика и др.
   Между фундаментальными и прикладными науками существует дихотомия (противоречие), имеющая исторические корни. В процессе проведения фундаментальных исследований могут ставиться и решаться прикладные задачи, а проведение прикладных исследований зачастую требует широкого использования фундаментальных разработок, особенно в междисциплинарных областях. Однако указанная дихотомия не носит принципиального характера, что видно из анализа взаимоотношений между естественными и техническими науками. Именно развитие технических наук наглядно демонстрирует условность границ между фундаментальными и прикладными исследованиями.

1.5. Научная картина мира

   В процессе познания окружающего мира результаты познания отражаются и закрепляются в сознании человека в виде знаний, умений, навыков, типов поведения и общения. Совокупность результатов познавательной деятельности человека образует определенную модель, картину мира. В истории человечества было создано и существовало довольно большое количество самых разнообразных картин мира, каждая из которых отличалась своим видением мира и его объяснением. Однако самое широкое и полное представление о мире дает научная картина мира, которая включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определенное понимание мира и места человека в нем. В научную картину мира не входят частные знания о различных свойствах конкретных явлений, о деталях самого познавательного процесса; она являет собой целостную систему представлений об общих свойствах, сферах, уровнях и закономерностях реальной действительности. По своей сути научная картина мира – это особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий.
   Будучи целостной системой представлений об общих свойствах и закономерностях объективного мира, научная картина мира существует как сложная структура, включающая в себя в качестве составных частей общенаучную картину мира и картину мира отдельной науки (физическую, биологическую, геологическую и т. п.). Картина мира отдельной науки в свою очередь включает в себя соответствующие многочисленные концепции – определенные способы понимания и трактовки каких-либо предметов, явлений и процессов объективного мира.
   Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные прежде всего в области физики. Однако в последние десятилетия ХХ в. все больше утверждается мнение, что в современной научной картине мира лидирующее положение занимает биология. Это выражается в усилении того влияния, которое оказывает биологическое знание на содержание научной картины мира. Идеи биологии постепенно приобретают универсальный характер и становятся фундаментальными принципами других наук. В частности, таковой является идея развития, проникновение которой в космологию, физику, химию, антропологию, социологию и т. д. привело к существенному изменению взглядов человека на мир.
   Понятие научной картины мира – одно из основополагающих в естествознании. На протяжении своей истории оно прошло несколько этапов развития и соответственно формирования научных картин мира по мере доминирования какой-либо отдельной науки или отрасли наук, опирающихся на новую теоретическую, методологическую и аксиологическую систему взглядов, принятых в качестве основания решения научных задач. Подобная система научных взглядов и установок, разделяемая преобладающим большинством ученых, называется научной парадигмой.
   Применительно к науке термин «парадигма» в общем понимании означает совокупность идей, теорий, методов, концепций и образцов решения различных научных проблем. На уровне парадигмы формируются основные нормы разграничения научного и ненаучного знаний. В результате смены парадигмы происходит смена стандартов научности. Теории, сформулированные в разных парадигмах, не могут быть сопоставлены, поскольку опираются на разные стандарты научности и рациональности.
   В науковедении принято рассматривать парадигмы в двух аспектах: эпистемическом (теоретико-познавательном) и социальном. В эпи-стемическом плане парадигма представляет собой совокупность фундаментальных знаний, ценностей, убеждений и технических приемов, выступающих в качестве образца научной деятельности. В социальном отношении парадигма определяет целостность и границы научного сообщества, разделяющего ее основные положения.
   В период господства в науке какой-либо парадигмы происходит относительно спокойное развитие науки, но с течением времени оно сменяется формированием новой парадигмы, которая утверждается посредством научной революции, т. е. переходом на новую систему научных ценностей и миропонимания. Философское понятие парадигмы является продуктивным при описании базовых теоретико-методологических основ научного изучения мира и часто используется в практике современной науки.

   Таблица 1.1. Продолжительность некоторых физических процессов (сек)

Глава 2. Методологические основы научного познания

2.1. Уровни и формы научного знания

   Разделение научного знания на фундаментальные и прикладные науки, анализ содержательного аспекта науки не исчерпывают всей его сложности. Научное знание представляет собой целостную систему, которая имеет несколько уровней, различающихся по ряду параметров. В зависимости от гносеологической направленности (предмета) знания, характера и типа знания, метода и способа его получения, соотношения чувственного и рационального моментов познания в структуре знания выделяют эмпирический и теоретический уровни. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает своими специфическими методами исследования.
   Как известно, любое научное знание основывается на твердо установленных фактах, полученных эмпирическим (от греч. empeiria – опыт), опытным, путем. Научное познание на эмпирическом уровне представляет собой систему действий и процессов, рассматривающую чувственный опыт в качестве единственного источника знаний о природе. Это означает, что эмпирические знания являются результатом непосредственного контакта с реальностью в наблюдении или эксперименте.
   На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация и классификация, что позволяет выявлять эмпирические правила и законы, которыми детерминируются наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно в своих внешних связях и проявлениях, за которыми стоят внутренние отношения. Сложность научного знания определяется наличием в нем не только уровней и методов познания, но и форм, в которых научные знания получаются, фиксируются и развиваются. К основным формам научного познания относятся факты, проблемы, гипотезы и теории. Их назначение состоит в том, что они раскрывают динамику процесса познания, т. е. движение и развитие знания в ходе исследования или изучения какого-либо объекта.
   Фундаментом всего научного знания являются научные факты, с установления которых начинается научное познание. Научный факт – отражение конкретного явления в человеческом сознании, т. е. его описание с помощью языка науки (обозначение, термины и т. п.). Одним из важнейших свойств научного факта считается его достоверность, которая обусловливается возможностью его воспроизведения с помощью различных экспериментов. Чтобы факт считался достоверным, требуется его подтверждение в ходе многочисленных наблюдений или экспериментов. Когда мы один раз увидели, что яблоко с дерева падает на землю, это лишь единичное наблюдение. Но если подобные падения фиксируются неоднократно, можно говорить о достоверном факте. Подобные факты составляют эмпирический, опытный, фундамент науки.
   Однако сами по себе эмпирические факты и обобщения мало что объясняют. Можно сделать наблюдение, что на Земле любой предмет (не только яблоки) будет падать сверху вниз. Но еще один факт состоит в том, что звезды и планеты, которые мы можем увидеть на небо своде, на Землю не падают. Выявить разницу между этими событиями, объяснить их причину на уровне эмпирического обобщения невозможно. Необходимо перейти с эмпирического на теоретический уровень (от греч. theoria – исследование) познания. Данный уровень научного познания представляет собой систему обобщенного достоверного знания вещей, явлений или процессов объективной реальности, описывающую, объясняющую и предсказывающую функционирование изучаемых объектов. В силу этой особенности теоретического уровня познания становится возможным формулировать законы, являющиеся целью науки. Для этого нужно уметь видеть за многочисленными, часто внешне непохожими фактами именно существенные, а не просто повторяющиеся свойства и характеристики предметов и явлений.
   Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики предмета практически невозможно. Поэтому прямо перейти с эмпирического на теоретический уровень познания тоже нельзя. Теория не строится путем непосредственного индуктивного обобщения опыта. Поэтому следующим шагом в научном познании становится формулирование проблемы. Она определяется как «знание о незнании», как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Любое научное исследование начинается с выдвижения проблемы, что свидетельствует о возникновении трудности в развитии науки, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить существующими знаниями. Поиск, формулирование и решение проблем – основная черта научной деятельности. Проблемы отделяют одну науку от другой, задают характер научной деятельности – как подлинно научной или псевдонаучной.
   В свою очередь наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Такого рода предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказана, называется научной гипотезой.
   Гипотеза – знание в форме предположения, сформулированного на основе ряда достоверных фактов. По своему происхождению гипотетическое знание носит вероятностный, а не достоверный характер и поэтому требует обоснования и проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то гипотеза отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о той или иной степени вероятности гипотезы. Чем больше найдено фактов, подтверждающих гипотезу, тем выше ее вероятность. Таким образом, в результате проверки одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются как заблуждения, если их проверка дает отрицательный результат. Решающим критерием истинности гипотезы является практика во всех своих формах, а вспомогательную роль здесь играет логический критерий истины.
   Выдвижение гипотез – одно из самых сложных дел в науке. Ведь они не связаны прямо с предшествующим опытом, который лишь дает толчок к размышлениям. Огромное значение имеют интуиция, талант, отличающие настоящих ученых. Интуиция важна так же, как и логика. Ведь рассуждения в науке не являются доказательствами, это только выводы, которые свидетельствуют об истинности рассуждений, если посылки верны, но ничего не говорят об истинности самих посылок. Выбор посылок связан с практическим опытом и с интуицией ученого, который из огромного множества эмпирических фактов и обобщений выбирает действительно важные. Затем ученый выдвигает предположение, объясняющее явления, еще не зафиксированные в наблюдениях, но относящиеся к этому же классу событий. При выдвижении гипотезы принимаются во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и требования простоты, красоты и экономии мышления.
   В случае своего подтверждения гипотеза становится теорией. Теория – логически обоснованная и проверенная на практике система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности. Главная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Иными словами, теория представляет собой систему истинного, уже доказанного, подтвержденного знания о сущности явлений, высшую форму научного знания, всесторонне раскрывающую структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов, сторон и связей.
   Научная теория – развивающаяся система знаний, главными элементами которой являются принципы и законы. Принципы – наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. В теории принципы играют роль исходных, основных и первичных посылок, образующих фундамент теории. В свою очередь содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов, которые конкретизируют принципы, раскрывают механизм их действия, логику взаимосвязи вытекающих из них следствий. На практике законы выступают в форме теоретических утверждений, раскрывающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов.

2.2. Методы научного познания

   Процесс познания окружающего нас мира в общем виде сводится к решению разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека путем использования особых приемов – методов. Метод в широком смысле представляет собой способ познания действительности, изучения явлений природы и общественной жизни, достижения какой-либо цели. Методы познания интуитивно используются в обыденной жизни, в любой сфере профессиональной деятельности с той лили иной мерой осознанности. Но в научном познании они составляют необходимую логическую базу, основу познавательной и творческой деятельности.
   В науке от метода зависит многое. Неадекватный метод может привести к ошибочным результатам и выводам. Напротив, правильно выбранный метод способствует эффективному познанию действительности. Поэтому из всего многообразия методов познания особо выделяется группа научных методов, которые представляют совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности. Они оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. В основе методов науки лежит единство эмпирических и теоретических сторон, которые взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв или преимущественное развитие одной стороны за счет другой закрывает путь к правильному познанию природы: теория становится беспредметной, опыт – слепым.
   Из всего многообразия методов научного познания в зависимости от границ применения того или иного метода и возможности его использования в разных сферах человеческой деятельности принято выделять общие, особенные и частные методы научного познания.
   Общие методы познания касаются любого предмета, любой науки. Они дают возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени. Это скорее общефилософские методы познания. В истории философии можно найти только два таких метода – метафизический и диалектический. До конца XIX в. в науке господствовал метафизический метод, и лишь с XX в. он уступил место диалектическому методу познания. Оба метода только намечают границы познания.
   Частные методы научного познания – специальные методы, действующие только в пределах отдельной отрасли науки. Таков, например, метод кольцевания птиц, применяющийся в зоологии. Иногда частные методы могут использоваться за пределами той области знания, в которой они возникли. Так, методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, геофизики, кристаллофизики и других междисциплинарных наук. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики.
   Хотя частные методы и способы исследования в разных науках могут заметно отличаться друг от друга, общий подход этих методов к процессу познания остается в сущности одним и тем же. Они определяют тактику исследования, а стратегию – особенные методы познания. Кроме того, все частные методы познания связаны с определенными сторонами или сочетаниями особенных методов.
   Особенные методы используются большинством наук на разных этапах познавательной деятельности и касаются определенной стороны изучаемого предмета или приема исследования. Именно среди особенных методов можно выделить эмпирический и теоретический уровни познания. Особенные методы проявляются:
   • на эмпирическом уровне познания (особенные эмпирические методы);
   • на теоретическом уровне познания (особенные теоретические методы);
   • как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях познания (особенные универсальные методы).
   Особенные эмпирические методы научного познания. К ним относятся наблюдение, измерение и эксперимент.
   Наблюдение – целенаправленный процесс восприятия предметов и явлений объективной действительности. Сущностью наблюдения является чувственное отражение предметов и явлений объективного мира, в ходе которого мы получаем некую первичную информацию о них. Поэтому исследование любых объектов окружающего нас мира чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом используются другие методы изучения интересующих объектов.
   Результаты наблюдения должны фиксироваться в описании, отмечающем те свойства и стороны изучаемого объекта, которые являются предметом исследования. Такое описание должно быть максимально полным, точным и объективным, давать достоверную и адекватную картину изучаемого явления. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизации и классификации.
   Измерение – определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта исследования с помощью специальных технических устройств. Такие устройства могут работать как в руках человека, так и в автоматическом режиме. Современные компьютеры позволяют проводить не только процедуру измерения, но и обрабатывать полученные данные.
   Большую роль в исследовании играют единицы измерения – эталоны, с которыми сравниваются полученные данные. Они могут быть основными (базисными) и производными, выводимыми из них с помощью математических операций.
   Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Эксперимент представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на объект для изучения различных его сторон, связей и отношений. Таким образом, в ходе эксперимента он может вмешиваться в естественный ход процессов, преобразовывать объект исследования, помещать его в искусственные условия.
   Специфика эксперимента состоит в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в «чистом виде». Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Ведь в обычных условиях все природные процессы сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому экспериментатор отделяет существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует более глубокому пониманию сути явлений и процессов, создает возможность контролировать немногие важные для данного эксперимента факторы и величины.
   Особенные теоретические методы научного познания. К ним относятся процедуры, в ходе которых образуются научные понятия.
   Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые представляются несущественными для данной теории. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Примером абстракций являются такие понятия, как точка, прямая, множество и т. д.
   Идеализация – операция мысленного выделения какого-то одного, важного для данной теории свойства или отношения (не обязательно, чтобы это свойство существовало реально) и мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством. Именно так образуются понятия типа «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «атом» и т. д. Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. В этом главное отличие идеальных объектов от абстрактных.
   Формализация – использование специальной символики вместо реальных объектов. Ярким примером формализации является применение математической символики и математических методов в естествознании. Формализация дает возможность исследовать объекты без непосредственного обращения к ним и записывать полученные результаты в краткой и четкой форме.
   Индукция – метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента, получение общего вывода на основании частных посылок, движение от частного к общему.
   Различают полную и неполную индукцию. Полная индукция строит общий вывод на основании изучения всех предметов или явлений данного класса. В результате полной индукции полученное умозаключение имеет характер достоверного вывода. Но гораздо чаще ученые прибегают к неполной индукции, которая строит общий вывод на основании наблюдения ограниченного числа предметов и явлений, если среди них не встретились такие, которые противоречат индуктивному умозаключению. Например, если ученый в ста или более случаях наблюдает один и тот же факт, он может сделать вывод, что этот эффект проявится и при других сходных обстоятельствах. Естественно, что добытая таким путем истина неполна, полученное знание носит вероятностный характер, требует дополнительного подтверждения.
   Индукция не может существовать в отрыве от дедукции – метода научного познания, представляющего собой получение частных выводов на основе общих знаний. Иначе дедукцию называют выводом, идущим от общего к частному.
   Дедукция как метод познания исходит из уже познанных законов и принципов. Поэтому метод дедукции не позволяет получить содержательно новое знание. Дедукция представляет собой лишь способ логического развертывания системы положений на базе исходного знания, способ выявления конкретного содержания общепринятых посылок. Тем не менее этот метод эффективен для прояснения и уточнения отдельных фрагментов уже устоявшегося и общепринятого знания.
   Особенные универсальные методы научного познания. К ним относятся аналогия, моделирование, анализ и синтез, классификация.
   Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым объектом по существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.
   Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Дело в том, что можно принять чисто внешнее, случайное сходство между двумя объектами за внутреннее, существенное и на этом основании сделать вывод о сходстве, которого на самом деле нет. Так, хотя и лошадь, и автомобиль используются как транспортные средства, было бы неверным переносить знания об устройстве машины на лошадь. Данная аналогия будет ошибочна.
   Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов посредством их моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. К моделированию следует относиться с той же осторожностью, что и к аналогии, строго указывать пределы и границы допустимых при моделировании упрощений.
   Современной науке известно несколько типов моделирования: предметное, мысленное, знаковое и компьютерное.
   Предметное моделирование – использование моделей, воспроизводящих определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики прототипа. Так, на моделях исследуются аэродинамические качества самолетов и других машин, ведется разработка различных сооружений (плотин, электростанций и т. п.).
   Мысленное моделирование представляет собой использование воображаемых моделей. Широко известна идеальная планетарная модель атома Э. Резерфорда, напоминавшая Солнечную систему: вокруг положительно заряженного ядра (Солнца) вращаются отрицательно заряженные электроны (планеты).
   Знаковое (символическое) моделирование использует в качестве моделей схемы, чертежи, формулы, где в условно-знаковой форме отражаются какие-то свойства оригинала. Разновидностью знакового моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Язык математики позволяет выразить любые свойства объектов и явлений, описать их функционирование или взаимодействие с другими объектами с помощью системы уравнений. Так создается математическая модель явления. Часто математическое моделирование сочетается с предметным моделированием.
   Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время. В данном случае компьютер является одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющими оригинал. Моделью при этом является компьютерная программа (алгоритм).
   Анализ – метод научного познания, в основу которого положены процедуры мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части и их отдельное изучение. Эта процедура ставит целью переход от изучения целого к изучению его частей и осуществляется путем абстрагирования от связи этих частей друг с другом.
   Анализ входит составной частью во всякое научное исследование, обычно является его первой стадией, когда исследователь переходит от описания нерасчлененного изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, а также свойств и признаков. Для постижения объекта как единого целого недостаточно знать, из чего он состоит. Важно понять, как связаны друг с другом составные части объекта, а это можно сделать, лишь изучив их в единстве. Для этого анализ дополняется синтезом.
   Синтез – метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предмета в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных с помощью анализа. Важно понять, что синтез вовсе не является простым механическим соединением разъединенных элементов в единую систему. Он показывает место и роль каждого элемента в этой системе, их связь с другими составными частями системы. Таким образом, в синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта.
   Синтез – такая же необходимая часть научного познания, как и анализ, и идет вслед за ним. Анализ и синтез – две стороны единого аналитико-синтетического метода познания, друг без друга они существовать не могут.
   Классификация – метод научного познания, объединяющий в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм, выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.
   Разнообразие методов научного познания создает трудности в их использовании и понимании их значимости. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией, т. е. учением о методах. Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

2.3. Общенаучные подходы

   Рассмотренная система методов научного познания не является статичной и неизменной. В процессе развития науки постоянно появляются новые методы, а уже известные могут переходить из одной категории в другую: частные превращаются в особенные, особенные в общие. Кроме того, в современном научном познании особое значение имеют общенаучные подходы, которые задают направленность научного исследования, фиксируют определенный его аспект, но не указывают жестко на специфику конкретных исследовательских средств. Общенаучные подходы акцентируют основное направление исследования, «угол зрения» на объект изучения.
   Важнейшая черта общенаучных подходов – принципиальная применимость к исследованию любых явлений и любой сферы действительности. Они могут работать во всех без исключения науках. Это обусловлено общенаучным характером категорий, лежащих в основании данных подходов.
   К числу общенаучных подходов относятся:
   • структурный подход, ориентирующий на изучение внутреннего строения системы, характера и специфики связей между ее элементами;
   • функциональный, изучающий функциональные зависимости элементов данной системы, а также ее входных и выходных параметров;
   • алгоритмический, использующийся при описании информационных процессов, функционирования систем управления и в других случаях, когда есть возможность представить изучаемое явление в виде процесса, происходящего по строгим правилам;
   • вероятностный, нацеливающий исследователя на выявление статистических закономерностей, ориентирующий на изучение процессов как статистических ансамблей;
   • информационный, связанный с выделением и исследованием информационного аспекта различных явлений действительности – объема информации, способов ее кодирования и алгоритмов переработки.
   В современной науке все более важное место занимают системный подход и глобальный эволюционизм.
   Системный подход. Под системным подходом в широком смысле понимают такой метод исследования окружающего мира, при котором интересующие нас предметы и явления рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования. Эти части и элементы, взаимодействуя друг с другом, формируют новые свойства этого целостного образования (системы), отсутствующие у них по отдельности. Таким образом, мир с точки зрения системного подхода предстает перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии.
   В современной науке основу представлений о строении материального мира образует именно системный подход, согласно которому любой объект материального мира представляет собой сложное образование, включающее составные части, организованные в единое целое. Для обозначения этой целостности в науке выработано понятие «система» – внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, проявляющее себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.
   Понятие «элемент» означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Во всех системах связь между ее элементами является более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, при других отношениях он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Существует два типа связей между элементами системы: горизонтальные и вертикальные.
   Горизонтальные связи – связи координации между однопорядковыми элементами системы. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.
   Вертикальные связи – связи субординации, т. е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им.
   Степень взаимодействия частей системы друг с другом бывает различной. Кроме того, любой предмет или явление окружающего мира, с одной стороны, может входить в состав более крупных и масштабных систем, а с другой – сам являться системой, состоящей из более мелких элементов и составных частей. Поэтому все предметы и явления окружающего нас мира могут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а системность является неотъемлемым свойством мира, в котором мы живем. В этом заключается сущность системного подхода.
   Рассматривая строение системы, в ней можно выделить следующие компоненты: подсистемы и части (элементы). Подсистемы являются крупными частями систем, обладающими значительной самостоятельностью. Разница между элементами и подсистемами достаточно условна, если отвлечься от их размера. В качестве примера можно привести человеческий организм, безусловно являющийся системой. Его подсистемы – нервная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная и др. В свою очередь они состоят из отдельных органов и тканей, которые есть элементы человеческого организма. Но мы можем рассматривать в качестве самостоятельных систем и выделенные нами подсистемы; в таком случае подсистемами будут органы и ткани, а элементами системы – клетки. Таким образом, системы, подсистемы и элементы находятся в отношениях иерархического со подчинения.
   В рамках системного подхода была создана общая теория систем, которая сформулировала принципы, общие для самых различных областей знания. Она начинается с классификации систем и дается по нескольким основаниям.
   В зависимости от структуры системы делятся на дискретные, жесткие и централизованные. Дискретные (корпускулярные) системы состоят из подобных друг другу элементов, не связанных между собой непосредственно, а объединенных только общим отношением к окружающей среде, поэтому потеря нескольких элементов не наносит ущерба целостности системы. Жесткие системы отличаются повышенной организованностью, поэтому удаление даже одного элемента губит всю систему. Централизованные системы имеют одно основное звено, которое, находясь в центре системы, связывает все остальные элементы и управляет ими.
   По типу взаимодействия с окружающей средой все системы делятся на открытые и закрытые. Открытые системы – системы реального мира, обязательно обменивающиеся веществом, энергией или информацией с окружающей средой. Закрытые системы не обмениваются ни веществом, ни энергией, ни информацией с окружающей средой. Это понятие является абстракцией высокого уровня и хотя существует в науке, но реально не существует, так как в действительности никакая система не может быть полностью изолирована от воздействия других систем. Поэтому все известные в мире системы являются открытыми.
   По составу системы можно разделить на материальные и идеальные. К материальным системам относится большинство органических, неорганических и социальных (физические, химические, биологические, геологические, экологические, социальные). Также среди материальных систем можно выделить искусственные технические и технологические, созданные руками человека для удовлетворения его потребностей. Идеальные системы представляют собой отражение материальных систем в человеческом и общественном сознании. Примером такой системы является наука, которая с помощью законов и теорий описывает реальные материальные системы, существующие в природе.
   Практически для любой системы характерна иерархичность строения: последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня. Отношения и связи в системе сами могут рассматриваться как ее элементы, подчиняющиеся соответствующей иерархии. Это позволяет строить различные, не совпадающие между собой последовательности включения систем друг в друга, описывающие исследуемый материальный объект с разных сторон.
   В соответствии с системным подходом в природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают элементы как живой, так и неживой природы. Естественные науки, начиная изучение материального мира с наиболее простых, непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, постепенно переходят к изучению сложнейших структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного окружения. Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, но раскрывает их связь и соотношение.
   Понятие системы, как и системный подход в целом, было сформировано в XX в. Известный советский ученый А.А. Богданов стал основоположником тектологии (всеобщей организационной науки). Он утверждал, что любой предмет или явление имеют свою цель и устроены в соответствии с ней. Это дает основание считать предметы и явления организмами и организациями. В природе существует объективная целесообразность (организованность), являющаяся результатом естественного отбора. Ученый понимал организованность как свойство целого быть больше суммы своих частей; причем чем больше эта разница, тем выше степень организации.
   Известный австрийский биолог-теоретик Л. фон Берталанфи разработал теорию открытых биологических систем, способных достигать своего конечного состояния, несмотря на некоторые нарушения условий своего существования. Он обратил внимание на существование моделей, принципов и законов, применимых к любым системам независимо от их содержания. Физические, химические, биологические и социальные системы, по его мнению, должны функционировать по одним правилам. Он же дал первое определение системы как совокупности элементов, находящихся во взаимодействии.
   Глобальный эволюционизм. Если в системном подходе воплотилась идея всеобщей связи всех предметов и явлений мира, то в глобальном эволюционизме – идея развития мира. Глобальный эволюционизм – убеждение в том, что как Вселенная в целом, так и отдельные ее элементы не могут существовать, не развиваясь. При этом считается, что развитие идет по единому алгоритму – от простого к сложному путем самоорганизации.
   Классическая концепция развития. Этот принципиально новый взгляд на мир был сформулирован лишь во второй половине XX в., хотя сама идея развития была присуща научному мировоззрению еще с начала XIX в. Тогда существовала классическая концепция развития, которая признавала, что весь мир находится в постоянном развитии, но живая природа развивается от простого к сложному, а неживая – от современного сложного состояния к самому простому состоянию хаоса. Классическая концепция развития нашла свое обоснование в эволюционной теории Ч. Дарвина, где он описал эволюцию живой природы, а также в классической термодинамике, из которой вытекали представления об эволюции неживой материи.
   Классическая термодинамика – физическая наука, занимающаяся изучением взаимопревращения различных видов энергии. Эта наука основывается на трех основных постулатах (началах).
   Первое начало термодинамики известно как закон сохранения энергии. Это фундаментальный закон, согласно которому важнейшая физическая величина – энергия – сохраняется неизменной в изолированной системе. Когда мы говорим о сохранении энергии, то имеем в виду механическую, тепловую и внутреннюю энергию, т. е. зависящую лишь от термодинамического состояния системы. Она складывается из движения атомов, энергии химических связей и других типов энергий, связанных с состоянием электронов в атомах и молекулах.
   Согласно этому закону, в изолированной системе энергия может только превращаться из одной формы в другую, но ее количество всегда остается постоянным. Если система не изолирована, энергия может изменяться за счет обмена между частями системы или разными системами. Например, ежедневно мы сталкиваемся с тем, что горячий чайник, охлаждаясь, нагревает воздух.
   Науке сегодня не известна ни одна причина, которая могла бы привести к нарушению этого закона. Иначе можно было бы создать вечный двигатель, создающий энергию из ничего. Поэтому первый закон термодинамики более известен в другой редакции: нельзя построить вечный двигатель первого рода, т. е. такую машину, которая совершала бы работу больше подводимой к ней извне энергии.
   Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии – теплоты, связанной с неупорядоченным, хаотическим движением молекул (например, броуновское движение молекул, скорость которых напрямую связана с температурой), и работы, связанной с упорядоченным движением. Работу всегда можно превратить в эквивалентное ей тепло – наши предки получали огонь трением. В то же время тепло в эквивалентную ему работу полностью превратить нельзя, всегда останется некоторое количество теплоты, которое пропадет бесполезно. Другими словами, неупорядоченную форму энергии невозможно полностью перевести в упорядоченную. Мерой неупорядоченности (мерой хаоса) системы в термодинамике является энтропия. Энтропия не бывает отрицательной, она всегда положительна. Исключением является случай, когда идеальный кристалл находится при температуре абсолютного нуля, что невозможно, так как означает прекращение любого движения, в том числе атомов и элементарных частиц (на этот счет существует третье начало термодинамики, говорящее о недостижимости абсолютного нуля, равного –273 °C).
   Иногда используется отрицательная величина энтропии – негэнтропия, которая является мерилом упорядоченности системы. Эта величина может быть только отрицательной. Рост негэнтропии соответствует возрастанию порядка, энтропии – росту хаоса.
   В соответствии со вторым началом термодинамики в случае изолированной системы (не обменивающейся веществом, энергией или информацией с окружающей средой) неупорядоченное состояние не может самостоятельно перейти в упорядоченное. Представим себе закрытую систему, в которой вся энергия находится в упорядоченном состоянии (энергия – работа). Если в этой системе начнется процесс преобразования энергии, то мы увидим, что вся энергия – работа постепенно перейдет в энергию – тепло. Полученное тепло может быть использовано для совершения какой-либо полезной работы, но не полностью. Так появится энтропия. При следующем цикле преобразования работа опять полностью перейдет в тепло, но тепло вновь не сможет полностью превратиться в работу, и поэтому энтропия вновь увеличится. Так будет происходить до тех пор, пока вся энергия системы не превратится в тепло и не установится состояние термодинамического равновесия. Таким образом, в изолированной системе энтропия может только расти. Поэтому второе начало термодинамики еще называют принципом возрастания энтропии. Эта более точная формулировка второго начала термодинамики утверждает, что при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Иными словами, любая система стремится к состоянию термодинамического равновесия, которое можно отождествить с хаосом.
   Именно из этого принципа вытекали пессимистические представления о развитии Вселенной, характерные для второй половины XIX в. Они воплотились в идею тепловой смерти Вселенной, сформулированную В. Томсоном в 1851 г. Упорядоченными источниками энергии во Вселенной являются звезды, возраст которых хотя и велик, но не бесконечен. До открытия второго начала термодинамики считалось, что на смену погасшим звездам возникают новые, и процесс этот будет идти бесконечно. Но тот факт, что все виды энергии деградируют, постепенно превращаясь в тепло, требовал признать, что новых звезд должно загораться меньше, чем погасло старых. Поэтому со временем должны закончить существование все звезды, отдав свою энергию в окружающее пространство, и вся Вселенная придет в состояние хаоса – термодинамического равновесия с температурой, которая лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. В этом пространстве будут разбросаны безжизненные, остывшие шары планет и звезд. Не будет источников энергии – не будет жизни.
   Становление современной концепции развития (идея самоорганизации материи). Первая крупная брешь в классической концепции развития была пробита в 1920-е гг. в результате создания новой модели расширяющейся Вселенной, которая сменила старую стационарную модель. Согласно новым представлениям, наша Вселенная возникла 15–20 млрд лет назад в результате Большого взрыва и лишь постепенно пришла к современному состоянию, которое также не является стабильным. При этом эволюция шла от простейшего хаотического состояния к современному упорядоченному состоянию.
   Затем новые эволюционные идеи утвердились в химии, геологии, экологии и в других науках. Но до середины XX в. по-прежнему считалось, что для неживой материи основной тенденцией является стремление к разрушению, и только жизнь, представляющая стремление к упорядоченности и организованности, противостоит этой тенденции. Данное противоречие впервые было четко зафиксировано в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера «Что такое жизнь?». Он предположил, что во Вселенной происходят процессы развития. Так был дан толчок исследованиям, позволившим по-новому посмотреть на процессы в неживой природе.
   Также к середине XX в. были сформулированы общая теория систем и основы кибернетики, установившие, что все известные нам системы являются открытыми, т. е. постоянно обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Поэтому найти подходы к решению вопроса о тепловой смерти Вселенной удалось лишь тогда, когда физика обратилась к понятию открытой системы. Было установлено, что при определенных условиях в открытых системах может возникать процесс самоорганизации, переводящий открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем упорядоченности по сравнению с исходным. Критическое состояние – состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Ключ к пониманию процесса самоорганизации находится в исследовании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.
   Примеров процессов самоорганизации можно привести много. Так, лазеры создают высокоорганизованное оптическое излучение. Оно отличается от традиционных источников света – ламп накаливания, газоразрядных ламп, которые действуют за основе статических законов (в нагретой до высокой температуры среде возбужденные атомы и ионы излучают кванты света с различными длинами волн во всех направлениях, причем только малую их часть мы воспринимаем как видимый свет). В лазере в активной среде резонатора под воздействием внешнего светового поля (при «накачке») благодаря поступлению энергии извне частицы начинают колебаться в одной фазе. В результате возникает когерентное (согласованное) взаимодействие, формирующее узконаправленный луч почти монохроматических квантов света.
   Хотя процессы самоорганизации стали известны ученым достаточно давно, общие теории самоорганизации появились лишь в 1970-е гг. К их созданию ученые шли разными путями: создатель синергетики Г. Хакен – из квантовой электроники и радиофизики, основатель неравновесной термодинамики И. Пригожин – из анализа специфических химических реакций. Эти процессы в биологии изучал М. Эйген, в метеорологии – Е. Лоренц, в теории катастроф – Р. Том. Постепенно ученые начали выходить за рамки своих узких дисциплин, замечая аналогию между математическими моделями и концептуальными системами, описывающими такие разные на первый взгляд процессы.
   Стало формироваться убеждение, что во всех явлениях есть единая основа, позволяющая создать общую теорию самоорганизации материи. Сегодня эта теория развивается в основном в рамках двух наук – синергетики и неравновесной термодинамики, во многом дополняющих друг друга.
   Основы синергетики и неравновесной термодинамики. Синергетика – кооперативность, сотрудничество, взаимодействие различных элементов системы – по определению ее создателя Г. Хакена, занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем различной природы (атомы, молекулы, клетки, механические элементы, органы, животные и даже люди). Это наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок.
   Основная идея синергетики – о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Это происходит при возникновении положительной обратной связи между системой и окружающей средой. Иными словами, под воздействием внешней среды внутри системы возникают полезные изменения, которые постепенно накапливаются, а затем кардинально меняют эту систему, превращая ее в другую, более сложную и высокоорганизованную.
   Воздействию окружающей среды могут подвергаться сразу несколько однотипных систем, но в силу различных флуктуаций (отклонений) они могут формировать разные обратные связи, порождать разные ответные реакции, далеко не все из которых приводят к самоорганизации системы. Можно сказать, что между этими системами идет своеобразная конкуренция, отбор того типа поведения, такой обратной связи, которые позволяют выжить в условиях конкуренции. Как замечает сам Г. Хакен, это приводит нас в определенном смысле к обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический мир, но и на неживую природу, а также на социальные системы.
   Синергетика претендует на открытие универсального механизма самоорганизации. Но объектом синергетики независимо от его природы могут быть только те системы, которые удовлетворяют определенным требованиям. Это открытость, существенная неравновесность и выход из критического состояния скачком в процессе типа фазового перехода.
   Открытость – важнейшее свойство самоорганизующихся систем, которые постоянно обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Именно открытость является причиной неравновесности систем. Если закрытые системы, для которых и были сформулированы начала классической термодинамики, неизбежно стремятся к однородному равновесному состоянию (состояние термодинамического равновесия), то открытые системы меняются необратимо, в них важным оказывается фактор времени.
   При определенных условиях и значениях параметров, характеризующих систему и меняющихся под воздействием изменений окружающей среды, система переходит в состояние существенной неравновесности – критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости. Ведь любая система остается сама собой только в определенных рамках. Так, вода является водой только при температуре от 0 до 100 °C при нормальном атмосферном давлении, за границами этих условий она превращается в лед или пар. Естественно, что существование социальной или биологической системы будет зависеть от других условий, чем существование физических или химических систем. Но важнейшие факторы, от которых зависит само существование любых систем, есть всегда. Они называются управляющими параметрами системы.
   Из критического состояния существенной неравновесности системы всегда выходят скачком. Скачок – крайне нелинейный процесс, при котором даже малые изменения управляющих параметров системы вызывают ее переход в новое качество. Например, при снижении температуры воды до определенного значения она скачком превращается в лед. Около критической точки перехода достаточно изменить температуру воды (управляющий параметр) на доли градуса, чтобы вызвать ее практически мгновенное превращение в твердое тело.
   Итак, самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без всякого вмешательства извне. Обычно они состоят из большого числа подсистем. При изменении управляющих параметров в системе образуются качественно новые структуры. При этом системы переходят из однородного, недифференцированного состояния покоя в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возможных состояний.
   Важно, что этими системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии, вещества или информации уводит физическую, химическую, биологическую или социальную систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации, давление и т. д., мы можем управлять системами извне.
   Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.
   Несколько иной аспект имеет неравновесная термодинамика И. Пригожина. В созданной им науке он поставил задачу доказать, что неравновесие может быть причиной порядка. Новая термодинамика стала способна отражать скачкообразные процессы.
   Чтобы система могла не только поддерживать, но и создавать упорядоченность из хаоса, она непременно должна быть открытой и иметь приток вещества, энергии и информации извне. Именно такие системы названы И. Пригожиным диссипативными. Диссипативность – особое динамическое состояние, когда из-за процессов, протекающих с элементами неравновесной системы, на уровне всей системы проявляются качественно новые свойства и процессы. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые структуры, происходить переход к порядку из хаоса.
   В ходе своего развития диссипативные системы проходят два этапа:
   1) период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию;
   2) скачок, одномоментно переводящий систему в новое устойчивое состояние с более высокой степенью сложности и упорядоченности.
   Особое внимание неравновесная термодинамика уделяет фазе скачка, являющейся разрешением возникшей кризисной ситуации и характеризующейся критическими значениями управляющих параметров системы. Илья Пригожин трактует такой переход как приспособление диссипативной системы к изменившимся внешним условиям, чем обеспечивается ее выживание. Это и есть акт самоорганизации.
   Важно отметить, что переход диссипативной системы из критического состояния в новое устойчивое состояние неоднозначен. Сложные неравновесные системы имеют возможность перейти из неустойчивого положения в одно из нескольких возможных устойчивых состояний. В какое именно совершится переход – дело случая. Это связано с тем, что в системе, пребывающей в критическом состоянии, развиваются сильные флуктуации. Под действием одной из них и происходит скачок в конкретное устойчивое состояние. Поскольку флуктуации случайны, то и «выбор» конечного состояния оказывается случайным. Но после совершения перехода назад возврата нет; скачок носит одноразовый и необратимый характер. Критическое значение параметров системы, при которых возможен неоднозначный переход в новое состояние, называют точкой бифуркации.
   Обнаружение феномена бифуркации, как считает И. Пригожин, ввело в физику элемент исторического подхода, смогло доказать необратимость времени. При протекании самоорганизации в явном виде обнаруживается «стрела времени» – однонаправленность времени от прошлого к будущему. Классическая термодинамика доказывала необратимость времени, используя второе начало термодинамики. Необратимый процесс возрастания энтропии всегда идет от прошлого к будущему. Тем не менее в классической механике возможность обращения времени была не исключена. Так, поменяв в уравнениях «плюс» на «минус» перед временем и скоростью, можно получить описание движения данного тела по пройденному пути в обратном направлении. Конечно, весь наш опыт убеждал в невозможности повернуть время вспять, но теоретически такая возможность оставалась.
   Неравновесная термодинамика И. Пригожина использует для доказательства существования «стрелы времени» скачок – процесс скачка невозможно повернуть назад. После перехода через точку бифуркации система качественно преобразуется. Таким образом, законы неравновесной термодинамики с неизбежностью говорят о необратимости времени. Ведь скачок в точке бифуркации всегда случаен, определяется уникальным сочетанием множества факторов, воссоздать которые вновь (если бы мы захотели повернуть процесс вспять) практически невозможно.
   Феномен бифуркации заставляет по-новому взглянуть на соотношение случайного и закономерного в развитии систем, природе в целом. Если в фазе эволюции ход процессов закономерен и жестко детерминирован, то скачок всегда происходит случайным образом, поэтому именно случайность определяет последующий закономерный эволюционный этап вплоть до очередного скачка в новой критической точке.
   В том, что точка бифуркации не абстракция, имеет возможность убедиться каждый человек. Ведь человек и его жизнь тоже являются сложной открытой неравновесной системой. У каждого из нас периодически возникают ситуации, когда мы стоим перед выбором дальнейшего жизненного пути. Часто наш выбор определяется случайным стечением обстоятельств. Например, человек собирался ехать учиться в другой город, но заболел и остался дома, поэтому пошел учиться в другое место. Этот случайный выбор определил последующий жизненный путь – выбор работы, знакомство с друзьями, будущим спутником жизни и т. д. В жизни каждого человека можно найти подобные примеры.
   Системный подход и глобальный эволюционизм являются важнейшими составными частями современной научной картины мира. Она выглядит так. Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых протекает по единому алгоритму. В основе этого алгоритма заложена присущая материи способность к самоорганизации, проявляющаяся в критических точках системы. Самая крупная из известных человеку систем – развивающаяся Вселенная. Вся ее история – от Большого взрыва до возникновения человека – предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. При этом весь мир представляет собой единое целое, иерархически организованную систему. Это и есть идея глобального эволюционизма.

Глава 3. Естествознание: его предмет, структура и история становления

3.1. Предмет и структура естествознания

   Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях его исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира – природа, общество и человек – изучается отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество» – природа и «знание» – знание о природе.
   В современном употреблении термин «естествознание» в общем виде обычно обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные явления и процессы природы, закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является отдельной самостоятельной наукой о природе как едином целом. В этом качестве оно позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать какая-либо одна естественная наука. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т. е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.
   Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и обозначало тогда всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят еще глубже, в Древнюю Грецию времен Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Сегодня существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания. Первое утверждает, что естествознание – наука о природе как единой целостности, второе – что это совокупность наук о природе, рассматриваемой как целое. На первый взгляд эти определения различны. На самом деле различия не так велики, так как под совокупностью наук о природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.
   Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Его спецификой является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу «сверху». Только так можно представить природу как единую целостную систему, выявить основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становятся формулировки основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.
   При рассмотрении вопроса о структуре науки нами было отмечено, что она представляет собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание является не менее сложной системой, все части которой находятся в отношении иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является опорой для следующей за ней науки и в свою очередь основывается на данных предшествующей науки.
   Фундаментом всех естественных наук, бесспорно, служит физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика – учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика исторически стала первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются статика, изучающая условия равновесия тел; кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения; динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил. Механика – это физика макромира, зародившаяся в Новое время. В ее основе лежит статистическая механика (молекулярно-кинетическая теория), изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц.
   Следующей ступенькой иерархии является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается легко. Еще на школьных уроках химии говорится о строении химических элементов, их электронных оболочках; это – пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.
   В свою очередь химия составляет основу биологии – науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (растительный мир), зоологию (мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма, цитология – живую клетку, гистология – свойства тканей, палеонтология – ископаемые останки жизни, генетика – проблемы наследственности и изменчивости.
   Науки о Земле являются следующей ступенькой структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.
   Завершает грандиозную пирамиду знаний о природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, исследующие строение и происхождение планет, звезд, галактик и т. д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике, что позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, отражающем, очевидно, одно из важнейших свойств самой природы.
   Структура естествознания не ограничивается вышеназванными науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки – выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.
   Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.
   Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

3.2. История естествознания

   В истории развития человеческой цивилизации становление научного знания под воздействием разных факторов и причин прошло длительный путь. Соответственно естествознание, будучи составной частью науки, имеет такую же сложную историю. Его нельзя понять, не проследив историю развития науки в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени, современное естествознание ХХ в.
   Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называемый натурфилософский этап развития науки, представляющий непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого. На данном этапе происходил верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что было характерно для всей греческой натурфилософии.
   Позднее к процессу накопления знаний добавилось теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появились первые концепции рационального объяснения природных процессов. В результате наступил так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идет анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиск отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в историческом развитии науки – для Позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединились в естествознание как целостную науку о природе, произошла череда научных революций, кардинально менявших практику общественного развития.
   Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздали целостную картину мира на основе познанных частностей. Это произошло на основе соединения анализа с синтезом и привело к появлению современной науки XX в.
   Начало науки. Древнегреческая натурфилософия. Наука – сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло ни возникнуть, ни развиваться. Наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие ранее отмеченным критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI–IV вв. до н. э. В то время в древнегреческой культуре появились принципиально новые черты, которых не было на Древнем Востоке – признанном центре рождения человеческой цивилизации.
   Возникновение первых форм знания произошло в восточных цивилизациях. Более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Вавилоне, Индии, Китае установилась взаимосвязь между теоретическими знаниями и практическими навыками. Это происходило во всех областях человеческой деятельности, но связывалось в основном с земледельческой культурой (первые астрономические знания способствовали предсказаниям погоды, зачатки математики позволяли измерять земельные площади и т. д.).
   Историки науки связывают появление естествознания с научным взрывом в VI–IV вв. до н. э. в Древней Греции, который ознаменовал собой начало первого периода в истории естествознания – периода натурфилософии (от лат. natura – природа), т. е. философии природы как системы знаний о естественных причинах природных явлений. От практических знаний, которые в те времена давали математика, астрономия, знахарство, ее отличало умозрительное толкование природы на основании положения о единстве явлений природы и ее целостности.
   Начало древнегреческой натурфилософии относится к попыткам поиска природного первоэлемента, обеспечивающего единство и многообразие природного мира. Это означает, что натурфилософия отличалась стремлением выделить какую-то одну природную стихию в качестве основы всего существующего. Впервые в истории это стремление выразил философ Милетской школы Фалес, который считал первоэлементом всего мира воду, поскольку невозможно найти в мире абсолютно сухое тело.
   В античной науке Фалес был первым астрономом и математиком, ему приписывались открытие годового вращения Солнца, определение времени солнцестояний и равноденствий. Фалес утверждал, что Луна светит не своим светом, а небесные тела представляют собой воспламенившуюся землю. Всю небесную сферу Фалес разделил на пять зон и ввел календарь, определив продолжительность года в 365 дней и разделив его на 12 месяцев по 30 дней.
   Первой научной программой Античности стала математическая программа, представленная Пифагором Самосским и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) – упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Числовые соотношения рассматривались им основой всего мироздания, источником гармонии Космоса. По мнению Пифагора и его учеников, в основе мира лежат количественные отношения действительности. Они рассматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отношений, приписывали определенным числам особые, мистические свойства. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э.
   Высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т. д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. По Аристотелю у каждого тела есть предназначенное ему по природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту – естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи; все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель – Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.
   Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира – наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.
   Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием упорядоченного понятийного аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает в себя изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После аристотелевских работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.
   Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они перемещаются по сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как того требовала геоцентрическая модель мира. Решением данной проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома К. Птолемея (I–II вв. н. э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, называемой эпициклом.
   Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это Архимед, живший в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука, а механика стала важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой ума (отношение к технике, к машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), работы ученого сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.
   Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. Не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего в себя стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание всего окружающего мира.
   Упадок древнегреческой культуры практически остановил развитие натурфилософии, но ее идеи продолжали существовать довольно долго. Окончательно натурфилософия потеряла свое значение только в XIX в., когда она перестала заменять собой отсутствовавшие науки, когда естествознание достигло высокого уровня развития, был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда выявились действительные причины многих природных явлений и раскрылись реальные связи между ними.
   Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т. е. учения о сотворении природы Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки при этом были забыты.
   В отличие от Античности средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ. В то же время она не ограничивалась пассивным усвоением достижений античной науки. Вклад средневековой науки в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.
   С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в Античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина; постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Изобретение машин и механизмов переставало быть забавой, как в Античности, и становилось делом полезным и уважаемым.
   Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе. Это отношение позволило уйти от созерцательного отношения к ней и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира во благо человека.
   В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т. д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.
   Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.
   Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.
   Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.
   Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.

   В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.
   Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.
   Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.
   Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.
   С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.
   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. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с 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 имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. 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.
   Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.
   Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.
   Природа этой силы была открыта И. Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы, сформулировал закон всемирного тяготения.
   Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Исаак Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика И. Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения, закона равенства действия и противодействия.
   Хотя И. Ньютон провозгласил: «Гипотез не измышляю!», все же некоторое количество гипотез было им предложено, и они сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия этой силы, с какой скоростью она распространяется и есть ли у нее материальный носитель.
   Отвечая на эти вопросы, И. 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 И. Ньютоном.
   Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Оно сравнимо 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, которая 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 – три независимые друг от друга сущности.
   Работы И. Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.

3.4. Классическое естествознание Нового времени

   Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все большие масштаб и глубину. Происходили процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и с появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имевшей свои специфические черты, которые наложили отпечаток на работу ученых и ее результаты.
   Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические, социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.
   Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире – абсолютной истине.
   Еще одной чертой классической науки была метафизичность – рассмотрение природы как неразвивающегося целого, из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе. Каждый предмет или явление изучались отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.
   Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Они стали такими же элементами в мире-«механизме», как предметы и явления неживой природы.
   Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., создав множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь добраться до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создавали «учения о невесомых» – электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные, тепловые свойства, а также способность к горению. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества, формирование основ экспериментальной науки об электричестве.
   Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Р. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г. Менделя, электромагнитная теория Д. Максвелла.
   Эти и многие другие открытия ХIХ в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины ХIХ в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-«машины», остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука ХIХ в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца ХIХ – начала XX в.

3.5. Глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

   Целый ряд замечательных открытий разрушил всю классическую научную картину мира. В 1888 году немецкий ученый Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Д. Максвелла. В 1895 году В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских лучей, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Д. Томпсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.
   К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малы ми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.
   Все эти открытия буквально за несколько лет опрокинули стройное здание классической науки, которое еще в начале 1880-х гг. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки.
   В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 1920-е гг. с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.
   Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 1940-е гг. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.
   Главным концептуальным изменением естествознания ХХ в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель объяснения явлений природы, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным.
   Развитие эйнштейновского подхода привело к отрицанию ньютоновской космологии и формировало новую картину мира, в которой логика и здравый смысл переставали действовать. Оказывается, что твердые атомы И. Ньютона почти целиком заполнены пустотой, что материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира, планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности; субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.
   Это основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от классической науки.

3.6. Основные черты современного естествознания и науки

   Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира – «часового» механизма сменилась моделью мира-«мысли», для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, как нечто особенное и завершенное, ушли в прошлое.
   Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности сделать это (неисчерпаемость материи вглубь). Получение абсолютной истины считается невозможным; истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.
   Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важных научных завоеваний XX в. – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.
   Начиная со второй половины ХХ в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития – постнеклассический, который характеризуется рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на его полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.
   Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать сочетание разных естественных наук применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом такой нарастающей интеграции становятся гуманитарные науки.
   В анализе особенностей современного естествознания следует отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с объектами (фундаментальных исследований). Реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы способны при неумелом обращении с ними привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.
   Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически все более срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных «кабинетных» ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей разных научных направлений. В процессе исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с пока недостаточно понятными законами развития, с глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения, и в частности глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программно-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.
   Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, но затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные системы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях анализ возможностей дальнейшей эволюции сложных природных объектов предстает как принципиально непредсказуемый, сопряженный со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.
   Все эти изменения идут в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится скорее всего к середине XXI в. Конечно, сейчас сложно представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Но вышеперечисленные некоторые ее черты просматриваются уже сейчас.

   Таблица 3.1. Наиболее значимые ученые естествознания: с VI в. до н. э по XX в.

   Продолжение

   Продолжение

   Продолжение

   Продолжение

   Окончание

Глава 4. Физические концепции описания природы

4.1. Понятие физической картины мира

   Познавая окружающий мир, человек создает в своем сознании его определенную модель – картину мира. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет себе мир, в котором оно живет. Поэтому в истории человечества существовали различные картины мира: мифологическая, религиозная, научная и др. Кроме того, как уже было отмечено, по мере своего развития каждая отдельная наука также может формировать собственную картину мира (физическую, химическую, биологическую и др.). Однако из всего многообразия картин мира, существующих в современной науке, самое широкое представление дает общая научная картина мира, описывающая и природу, и общество, и человека.
   Научная картина мира формируется на основе достижений естественных, общественных и гуманитарных наук. Но фундаментом этой картины, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания для формирования научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной картине мира, содержание которой составляют картины мира отдельных естественных наук.
   Естественно-научная картина мира представляет собой систематизированное и достоверное знание о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, их фундаментальных идей и теорий. В то же время история науки свидетельствует, что основную часть содержания естествознания составляют физические знания. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Вклад других естественных наук в формирование картины мира был меньшим. Поэтому, когда в европейской цивилизации Нового времени складывалась классическая научная картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она смогла создать собственную физическую картину мира (в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. поставили и решили эту задачу).
   Физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, свойства и строение материи, законы ее движения. В любом явлении физика ищет то, что объединяет его со всеми другими явлениями природы. Поэтому понятия и законы физики фундаментальны, т. е. являются основополагающими для всего естествознания.
   Само слово «физика» происходит от греческого phýsis – природа. Эта наука возникла еще в Античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях; тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма по мере дифференциации знаний и методов исследования из общей науки о природе выделились отдельные естественные науки, в том числе и физика.
   В своей основе физика – экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Такой она стала начиная с Нового времени. Но помимо экспериментальной физики различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировании законов природы. Экспериментальная и теоретическая физика не могут существовать друг без друга.
   В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов, уровней организации и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин, так или иначе связанных друг с другом. По изучаемым физическим объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов, молекул, газов, жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи – на физику микро-, макро- и мегамира. По характеру изучаемых процессов, явлений и форм движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые и термодинамические процессы и соответствующие им области физики – механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику.
   Кроме того, современная физика содержит небольшое количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физического знания. Эти теории представляют собой совокупность наиболее важных знаний о характере физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.
   Понятие «физическая картина мира» используется в естествознании давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания. Самое общее теоретическое знание в физике, система понятий, принципов и гипотез служат основой для построения естественно-научных теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, с другой – вводит в физику новые идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. Иными словами, физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические идеи и теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познания, соответствующие современному этапу развития физики.
   Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира, поскольку представляет собой процесс становления и смены различных ее типов. Постоянное развитие и замена одних картин мира другими, более адекватно отражающими структуру и свойства материи, есть процесс развития самой физической картины мира. Основой для выделения отдельных типов физической картины мира служит качественное изменение фундаментальных физических идей, являющихся базой для физической теории и наших представлений о структуре материи и формах ее существования. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики – с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления, с иными гносеологическими предпосылками. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в смене старой картины мира новой.
   В основе объяснения явлений природы с точки зрения физики лежат фундаментальные физические понятия и принципы. К наиболее общим относятся материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственная связь, место и роль человека в мире. Важнейшим является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений о строении материи. В истории физики Нового времени это происходило дважды. В XIX веке был совершен переход от утвердившихся в XVII в. атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX веке континуальные представления уступили место современным квантовым. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.
   Хронологически первой в истории естествознания физической картиной мира была механическая картина, в рамках которой не могли найти объяснения электромагнитные явления, и поэтому она была дополнена электромагнитной (континуальной) картиной мира. Однако многочисленные необъяснимые физические явления, открытые в конце XIX в., показали ограниченность электромагнитной картины мира, что привело к возникновению квантово-полевой картины мира.

4.2. Механическая картина мира

   Становление механической картины мира происходило под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основу этой картины составили идеи и законы механики, которые в XVII в. сформировали самый разработанный раздел физики. По сути дела, именно механика явилась первой фундаментальной физической теорией. Идеи, принципы и теории механики представляли собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражали физические процессы в природе.
   В широком смысле механика изучает механическое движение материи, тел и происходящее при этом взаимодействие между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или частиц в пространстве. Примерами механического движения в природе являются движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т. п. Происходящие в процессе механического движения взаимодействия представляют собой такие действия тел друг на друга, результатом которых становится изменение скоростей перемещения этих тел в пространстве или их деформация.
   Основу механической картины мира составила теория атомов, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. Весь мир, включая человека, механическая картина рассматривала как совокупность огромного числа неделимых материальных частиц – атомов. Они перемещаются в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Материя есть вещество, состоящее из мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся корпускул (атомов); в этом суть корпускулярных представлений о материи.
   Законы механики, которые регулируют движение атомов и любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, которое понималось как механическое перемещение в пространстве. Тела обладают внутренним «врожденным» свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Единственной формой движения является механическое движение, т. е. изменение положения тела в пространстве с течением времени; любое движение можно представить как сумму пространственных перемещений. Движение объяснялось на основе трех законов Ньютона. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Закономерности более высоких форм движения материи должны сводиться к законам простейшей ее формы – механическому движению.
   Все многообразие взаимодействий в природе механическая картина мира сводила только к гравитационному, которое означало наличие сил притяжения между любыми телами; величина этих сил определялась законом всемирного тяготения. Поэтому, зная массу одного тела и силу гравитации, можно определить и массу другого тела. Гравитационные силы являются универсальными, т. е. они действуют всегда и между любыми телами, сообщают любым телам одинаковое ускорение.
   Таким образом, механическая картина представляла мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются, возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия.
   В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями. В таком мире нет случайностей, они полностью исключались. Случайным было только то, причины чего оставались неизвестными. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он сможет получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов.
   Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Человек в этой картине мира рассматривался как природное тело в ряду других тел и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Таким образом, присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. По сути дела, классическое естествознание не стремилось постичь человека. Подразумевалось, что природный мир, в котором нет ничего «человеческого», можно описать объективно, и такое описание будет точной копией реальности. Рассмотрение человека как одного из винтиков хорошо отлаженной машины автоматически устраняло его из данной картины мира.
   На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.
   Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успех механики Ньютона в значительной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в попытках свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название «механистический материализм» (механицизм). Однако развитие физики показало несостоятельность такой методологии. Это стало ясно при тщетных попытках описать с помощью законов механики тепловые, электрические и магнитные явления (движение атомов и молекул). В результате в XIX в. в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физика нуждается в существенном изменении своих взглядов на мир.
   Оценивая механическую картину мира как один из этапов развития физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто отброшены. Развитие науки лишь раскрыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея – механицизм. В недрах механической картины мира стали складываться элементы новой – континуальной (электромагнитной) картины мира.

4.3. Континуальная картина мира

   На протяжении всего XIX в. продолжались попытки объяснить электромагнитные явления в рамках механической картины мира. Но это оказалось невозможным: электромагнитные явления принципиально отличались от механических. Наибольший вклад в формирование электромагнитной картины мира внесли работы М. Фарадея и Д. Максвелла. После создания Д. Максвеллом теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.
   Свою теорию Д. Максвелл разработал на основе открытого М. Фарадеем явления электромагнитной индукции. Стремясь разобраться в сущности электрических и магнитных явлений, М. Фарадей, проводя эксперименты с магнитной стрелкой, пришел к выводу, что на вращение магнитной стрелки действуют не электрические заряды, которые находятся в проводнике, а особое состояние окружающей среды, которое возникало в месте нахождения магнитной стрелки. Это означало, что во взаимодействии тока с магнитной стрелкой активную роль играет окружающая проводник среда. В связи с этим М. Фарадей ввел понятие поля как множества магнитных силовых линий, пронизывающих пространство и способных определять и направлять (индуцировать) электрический ток. Это открытие привело ученого к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи новыми – континуальными, непрерывными.
   Теория электромагнитного поля Д. Максвелла сводится к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое в свою очередь вызывает появление магнитного поля. Так в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. В отличие от дискретного вещества поле как вид материи не обладает массой покоя и характеризуется непрерывностью (континуальностью).
   Теория электромагнитного поля Д. Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с этой теорией мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля. Важными понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля – сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.
   Когда электрические заряды движутся относительно друг друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы (поле) соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы (поле) – движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики (они известны как уравнения Максвелла). Это закон Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона (F = Q × q1 × q2 / R2). Магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца; магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем. Уравнения Максвелла записываются в терминах теории поля. Это позволило единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.
   Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Нельзя сказать, что эти изменения были кардинальны, так как они произошли в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.
   Представления о материи изменились существенно. Корпускулярные идеи уступили место континуальным (полевым). Отныне совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи. В качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в двух видах – вещество и поле. Они строго разделены, их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Электромагнитное поле распространяется в виде поперечных электромагнитных волн со скоростью света, захватывая постоянно новые области пространства. Заполнение пространства электромагнитным полем нельзя описать на основе законов Ньютона, так как механика не понимает этого механизма. В электромагнетизме изменение одной сущности (магнитного поля) приводит к появлению другой (электрического поля). Обе эти сущности образуют в совокупности электромагнитное поле. В механике же одно материальное явление не зависит от изменения другого и вместе они не создают единой сущности.
   Расширилось также понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Д. Максвелла.
   Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.
   Законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, которые они описывали. Поэтому случайность все еще пытались исключить из физической картины мира. Но в середине XIX в. впервые появилась фундаментальная физическая теория нового типа, которая основывалась на теории вероятности. Это была кинетическая теория газов (статистическая механика). Случайность, вероятность наконец-то нашли свое место в физике и были отражены в форме так называемых статистических законов. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам И. Ньютона, и считали вновь созданную теорию промежуточным вариантом, временной мерой. Однако прогресс был налицо: в электромагнитную картину мира вошло понятие вероятности.
   Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь «капризом» природы. Эти взгляды только упрочились после появления дарвиновской теории эволюции. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.
   Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Но и она показала свой ограниченный характер. Главная проблема состояла в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность ее многих свойств – заряда, излучения, действия. Оставалась также нерешенной проблема соотношения между полем и зарядом, не удавалось объяснить устойчивость атомов и их спектры, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной мира. Поэтому на смену ей пришла новая, квантово-полевая картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.

4.4. Квантово-полевая картина мира

   Согласно электромагнитной картине мира, окружающий человека мир представляет собой сплошную среду – поле, которое может иметь в разных точках различную температуру, концентрировать разный энергетический потенциал, по-разному перемещаться и т. д. Сплошная среда может занимать значительные области пространства, ее свойства изменяются непрерывно, у нее нет резких границ. Этими свойствами поле отличается от физических тел, имеющих определенные и четкие границы. Разделение мира на тела и частицы поля, на поле и пространство является свидетельством существования двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности. Дискретность (прерывность) мира означает конечную делимость всего пространственно-временного строения на отдельные ограниченные предметы, свойства и формы движения, тогда как непрерывность (континуальность) выражает единство, целостность и неделимость объекта. В рамках классической физики дискретные и непрерывные свойства мира первоначально выступали как противоположные, отдельные и независимые (хотя в целом и дополняющие друг друга). В современной физике это единство противоположностей – дискретного и непрерывного – нашло свое обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.
   В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория – квантовая механика, в которой соединились две крайние позиции во взгляде на природу материи: атомизм, утверждающий прерывность (дискретность) материи, и полевая физика, утверждающая непрерывность (континуальность) материи.
   Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества, так как позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучать свойства элементарных частиц.
   Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить явления ферромагнетизма, сверхтекучести, сверхпроводимости, понять природу астрофизических объектов – «белых карликов», нейтронных звезд, выяснить механизм протекания термоядерных реакций на Солнце и звездах.
   Разработка квантовой механики относится к началу ХХ в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики И. Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и к процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории и привели к открытию законов квантовой механики.
   Впервые представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк, изучая тепловое излучение тел. Своими исследования он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями – квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, т. е. представляет собой диалектическое единство двух противоположностей. Оно выражается в том, что чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.
   В 1924 году французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т. е. все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Позднее эта идея де Бройля была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового дуализма был распространен на все процессы движения и взаимодействия в микромире.
   В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микро-объект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Это можно сделать только через определение волновой функции в данный момент, а потом через обнаружение его волновой функции в любой другой момент. Квадрат модуля дает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. Кроме того, относительность пространства-времени в данной картине мире приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам.
   Таким образом, материя двулика: она обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами, которые проявляются в зависимости от условий. Отсюда общая картина реальности в квантово-полевой картине мира становится «двоякой»: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, с другой – условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.
   Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.
   Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.

4.5. Динамические и статистические законы

   Наука исходит из признания того, что все существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определенных причин, что все природные, социальные и психические явления обладают причинно-следственными связями, беспричинных явлений не бывает. Такая позиция называется детерминизмом в противоположность индетерминизму, отрицающему объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.
   В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей. Открытие этих закономерностей – существенных, повторяющихся связей между предметами и явлениями – задача науки, так же как и формулирование их в виде законов науки. Но никакое научное знание, никакая научная теория не могут отразить окружающий мир, его отдельные фрагменты полностью, без упрощений и огрублений действительности. То же касается и законов науки. Они могут лишь в большей или меньшей степени приближаться к адекватному отображению объективных закономерностей, но искажения в ходе этого процесса неизбежны. Поэтому для науки очень важно, какую форму имеют ее законы, насколько они соответствуют природным закономерностям.
   В этом отношении динамическая теория, представляющая собой совокупность динамических законов, отражает физические процессы без учета случайных взаимодействий. Динамический закон – это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых количественно. Примерами динамических теорий являются классическая (ньютоновская) механика, релятивистская механика и классическая теория излучения.
   Долгое время считалось, что никаких других законов, кроме динамических, не существует. Это было связано с установкой классической науки на механистичность и метафизичность, со стремлением построить любые научные теории по образцу механики И. Ньютона. Если какие-то объективные процессы и закономерности не вписывались в предусмотренные динамическими законами рамки, считалось, что мы просто не знаем их причин, но с течением времени это знание будет получено.
   Такая позиция, связанная с отрицанием случайностей любого рода, с абсолютизацией динамических закономерностей и законов, называется механическим детерминизмом. Разработку этого требования обычно связывают с именем П. Лапласа. Он заявлял, что если бы нашелся достаточно обширный ум, которому были бы известны все силы, действующие на все тела Вселенной (от самых больших тел до мельчайших атомов), а также их местоположение, если бы он смог проанализировать эти данные в единой формуле движения, то не осталось бы ничего, что было бы недостоверным. Такому уму открылись бы как прошлое, так и будущее Вселенной.
   В середине XIX в. в физике были сформулированы законы, предсказания которых являются не определенными, а только вероятными. Они получили название статистических законов. Так, в 1859 г. была доказана несостоятельность позиции механического детерминизма: Д. Максвелл при построении статистической механики использовал законы нового типа и ввел в физику понятие вероятности. Это понятие было выработано ранее математикой при анализе случайных явлений.
   При броске игральной кости, как мы знаем, может выпасть любое число очков от 1 до 6. Предсказать, какое число очков выпадет при очередном броске, нельзя. Мы можем подсчитать лишь вероятность выпадения числа очков. В данном случае она будет равна 1/6. Эта вероятность имеет объективный характер, так как выражает объективные отношения реальности. Действительно, если мы бросим кость, какая-то сторона с определенным числом очков выпадет обязательно. Это такая же строгая причинно-следственная связь, как и та, что отражается динамическими законами, но она имеет другую форму, поскольку показывает вероятность, а не однозначность события.
   Проблема в том, что для обнаружения такого рода закономерностей обычно требуется не единичное событие, а цикл таких событий; в таком случае мы можем получить статистические средние значения. Если бросить кость 300 раз, то среднее число выпадения любого значения будет равно 300 × 1/6 = 50 раз. При этом безразлично, бросать одну и ту же кость 300 раз или одновременно бросить 300 одинаковых костей.
   Несомненно, что поведение газовых молекул в сосуде гораздо сложнее брошенной кости. Но и здесь можно обнаружить определенные количественные закономерности, позволяющие вычислить статистические средние значения. Д. Максвеллу удалось решить эту задачу и показать, что случайное поведение отдельных молекул подчинено определенному статистическому (вероятностному) закону. Статистический закон – закон, управляющий поведением большой совокупности объектов и их элементов, позволяющий давать вероятностные выводы об их поведении. Примерами статистических законов являются квантовая механика, квантовая электродинамика и релятивистская квантовая механика.
   Статистические законы в отличие от динамических отражают однозначную связь не физических величин, а статистических распределений этих величин. Но это такой же однозначный результат, как и в динамических теориях. Ведь статистические теории, как и динамические, выражают необходимые связи в природе, а они не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний. Различается только способ фиксации этих состояний.
   На уровне статистических законов и закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью. Но это иная, более глубокая форма детерминизма; в отличие от жесткого классического детерминизма он может быть назван вероятностным (современным) детерминизмом. «Вероятностные» законы меньше огрубляют действительность, способны учитывать и отражать те случайности, которые происходят в мире.
   К началу XX в. стало очевидно, что нельзя отрицать роль статистических законов в описании физических явлений. Появлялось все больше статистических теорий, а все теоретические расчеты, проведенные в рамках этих теорий, полностью подтверждались экспериментальными данными. Результатом стало выдвижение теории равноправия динамических и статистических законов. Те и другие законы рассматривались как равноправные, но относящиеся к различным явлениям. Считалось, что каждый тип закона имеет свою сферу применения и они дополняют друг друга, что индивидуальные объекты, простейшие формы движения должны описываться с помощью динамических законов, а большая совокупность этих же объектов, высшие, более сложные формы движения – статистическими законами. Соотношение теорий термодинамики и статистической механики, электродинамика Д. Максвелла и электронная теория Х. Лоренца, казалось, подтверждали это.
   Ситуация в науке кардинально изменилась после возникновения и развития квантовой теории. Она привела к пересмотру всех представлений о роли динамических и статистических законов в отображении закономерностей природы. Был обнаружен статистический характер поведения отдельных элементарных частиц, никаких динамических законов в квантовой механике открыть не удалось. Таким образом, сегодня большинство ученых рассматривают статистические законы как наиболее глубокую и общую форму описания всех физических закономерностей.
   Создание квантовой механики дает полное основание утверждать, что динамические законы представляют собой первый, низший этап в познании окружающего нас мира. Статистические законы более полно отражают объективные связи в природе, являются более высокой ступенью познания. На протяжении всей истории развития науки мы видим, как первоначально возникшие динамические теории, охватывающие определенный круг явлений, сменяются по мере развития науки статистическими теориями, описывающими тот же круг вопросов, но с новой, более глубокой точки зрения. Только они способны отразить случайность, вероятность, играющую огромную роль в окружающем нас мире. Только они соответствуют современному (вероятностному) детерминизму.

4.6. Принципы современной физики

   Принцип симметрии. Обычно под симметрией (от греч. symmetria – соразмерность) понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов. В современном естествознании симметрия – понятие, отображающее существующий в объективной действительности порядок, определенное равновесное состояние явлений, относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность между составными частями целого. Симметрии бывают геометрическими (выражают свойства пространства и времени) и динамическими (выражают свойства физических взаимодействий).
   Наглядных примеров симметрий довольно много. Многим творениям человеческих рук в силу разных причин придается симметричная форма. Симметричны мячи, большинство зданий и сооружений, произведений искусства. Также симметричны многие человеческие действия. Симметрию можно обнаружить в живописи, музыке, поэзии, танце. В изобилии симметрии встречаются в природе – снежинка, дождевая капля, различные кристаллы и т. д.
   Приведенные примеры симметрии связаны с представлениями о структуре предметов, которая не меняется при совершении некоторых преобразований. Долгое время это были единственные симметрии, известные в науке. Но постепенно пришло осознание того, что симметрии могут быть не только наглядными, геометрическими. Есть целый ряд симметрий, связанных с описанием каких-либо изменений сложных естественных процессов. Эти симметрии не фиксируются в наблюдениях, они становятся заметны лишь в уравнениях, описывающих природные процессы. Поэтому физики, исследуя математическое описание той или иной физической системы, время от времени открывают новые, часто неожиданные симметрии. Эти симметрии достаточно тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не видны тому, кто наблюдает саму физическую систему.
   С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Инвариантность – это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий, способность не изменяться при определенных преобразованиях.
   Симметрия в физике – это свойство физических величин, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных преобразованиях этих величин.
   Симметрии в физике тесно связаны с законами сохранения физических величин – утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенных классах процессов.
   Так, закон сохранения энергии вытекает из однородности времени. Время симметрично относительно начала отсчета, все моменты времени равноправны.
   Закон сохранения импульса вытекает из однородности пространства. Все его точки равноправны, поэтому перенос системы никак не повлияет на ее свойства.
   Закон сохранения момента импульса вытекает из изотропности пространства. Свойства пространства одинаковы по всем направлениям, поэтому поворот системы не влияет на ее свойства.
   Также есть целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают разные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов сохранения, как закон сохранения электрического заряда, барионного и лептонного зарядов и ряда других законов, открытых в последнее время. Таким образом, XX в. подтвердил огромную роль принципа симметрии в физике.
   Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей является основополагающим в современной физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. Бором для объяснения феномена корпускулярно-волнового дуализма.
   В ходе своих исследований Н. Бор обратил внимание на то, что все предметы и явления, которые мы видим вокруг себя (и, конечно, измерительные приборы для регистрации элементарных частиц), состоят из огромного множества микрочастиц. Иными словами, они являются макроскопическими системами и ничем иным. Сам человек также существо макроскопическое. Поэтому наши органы чувств не воспринимают микропроцессов. Понятия, которыми мы пользуемся для описания предметов и явлений окружающего мира, – макроскопические понятия. С их помощью можно легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире. Но применить эти понятия для описания микрообъектов полностью нельзя, так как они не адекватны процессам микромира.
   В то же время других понятий у нас нет и быть не может. Чтобы компенсировать неадекватность нашего восприятия и представления об объектах микромира, нам приходится применять два дополняющих друг друга набора понятий, хотя с точки зрения классической науки они взаимно исключают друг друга. Эти понятия – частицы и волны. Только в совокупности они дают исчерпывающую информацию о квантовых явлениях.
   Принцип суперпозиции (наложения) – допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, воздействующие на тело. Этот принцип выполняется при условии, что воздействующие явления не влияют друг на друга. Поэтому в ньютоновской физике данный принцип не универсален и во многих случаях справедлив лишь приближенно.
   В микромире, наоборот, принцип суперпозиции – фундаментальный принцип. Наряду с принципом неопределенности он составляет основу математического аппарата квантовой механики. Но, к сожалению, в квантовой теории этот принцип лишен той наглядности, которая характерна для механики И. Ньютона. Его интерпретируют так: пока не проведено измерение, бессмысленно спрашивать, в каком состоянии находится физическая система. Иными словами, до измерения система находится в суперпозиции двух возможных состояний, т. е. ее состояние неопределенно. Акт измерения переводит физическую систему скачком в одно из этих состояний.
   Принцип соответствия был сформулирован Н. Бором в 1923 г. Физики столкнулись с ситуацией, когда рядом со старыми, давно оправдавшими себя теориями (например, механикой И. Ньютона) появились новые теории (теория относительности А. Эйнштейна), описывающие ту же область действительности. Принцип соответствия утверждает преемственность физических теорий: никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.
   Поэтому теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы старых теорий.
   Каждая физическая теория – ступень познания – является относительной истиной. Смена физических теорий – процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда полностью завершен из-за бесконечной сложности и разнообразия окружающего нас мира. Таким образом, принцип соответствия отражает объективную ценность физических теорий.

   Таблица 4.1. Зарубежные неметрические единицы

   Продолжение