ГЛАВА 2. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 3 страница

Научные труды Бируни охватывают различные области знаний: астрономию и географию, математику и физику, геологию и минералогию, химию и ботанику, историю и этнографию, философию и филологию. Основные работы (их свыше 40) посвящены математике и астрономии, которая имела огромное практическое значение для хозяйственной жизни Хорезма - для поливного земледелия и торговых путешествий. Важнейшими задачами астрономии были совершенствование календаря и методов ориентирования на Земле по небесным светилам.

Необходимо было уметь точно определять положения на небе Солнца, Луны, звезд, а также уметь измерять так называемые основные астрономические постоянные - наклон эклиптики к экватору, длину солнечного и звездного года и др. Это в свою очередь требовало развития математики, в частности, плоской и сферической тригонометрии и совершенствования инструментов для точных наблюдений. Достижения Бируни в перечисленных областях оставались непревзойденными в течение нескольких веков: самый крупный стенной квадрант - угломерный инструмент, позволявший измерять положение Солнца с точностью до 2'; самое точное определение наклона эклиптики к экватору и векового изменения этой величины; новый метод определения радиуса Земли - по степени понижения горизонта при наблюдении с горы. Бируни почти точно определил радиус Земли (более 6000 км), исходя из представления о ее шарообразной форме.

Бируни воспринял и развил прогрессивные идеи древнегреческих и древнеиндийских философов по некоторым общим проблемам астрономии: утверждал одинаковую огненную природу Солнца и звезд, в отличие от темных тел - планет; подвижность звезд и огромные их размеры по сравнению с Землей; идею тяготения. Бируни высказал обоснованные сомнения в справедливости геоцентрической системы мира Птолемея уже в самом первом своём сочинении «Хронология древних народов» (1000 г.)

Бируни собрал и описал все известные в его время системы календаря, применявшиеся у различных народов мира. Астрономические исследования изложены им в «Книге истолкования основных начал астрономии» и в других научных трудах[25].

2.4. Научные революции

Первая научная революция: становление классического естествознания, создание общей системы механики, введение Ньютоном понятия «системы», замена статичной картины мира его динамическим представлением. ô Вторая научная революция: дисциплинарная организация классического естествознания, распространение идей эволюционизма. ô Третья научная революция: становление неклассического естествознания, радикальное изменение научной парадигмы. ô Четвёртая научная революция: мир как система исторически эволюционирующих, нелинейных, самоорганизующихся систем.

Термин «научная революция» - классическое понятие для обозначения периода, охватывающего XVI и XVII века, со времени публикации «Об обращении небесных сфер» Коперника (1543) до выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона (1687). Астрономия Коперника и физическое экспериментирование, с одной стороны, и аналитическая геометрия, дифференциальное и интегральное исчисление - с другой, привели к замене «библии» - мнений Аристотеля и донаучного анимизма - механистическим пониманием законов природы[26]. Но эпоха научных революций не ограничивается этим периодом. После XVII века происходит ещё несколько переворотов, существенно изменивших облик научного естествознания. Поэтому мы применим термин «научная революция» и к этим событиям.

2.4.1. Первая научная революция (XVII век). Г. Галилей

Основным достижением физических исследований XVII в., подводящим итог развитию опытного естествознания и окончательно сокрушившим аристотелевскую физическую парадигму, явилось завершение создания общей системы механики, которая была в состоянии дать объяснение движению небесных светил на основе явлений, наблюдаемых на Земле.

И в эпоху античности, и в XVII веке признавалась важность изучения движения небесных светил. Но если для древних греков данная проблема имела больше философское значение, то для XVII века, преобладающим был аспект практический. Развитие мореплавания обусловливало необходимость выработки более точных астрономических таблиц для целей навигации по сравнению с теми, которые требовались для астрологических целей. Основной задачей было определение долготы, столь нужной астрономам и мореплавателям. Для решения этой важной практической проблемы и создавались первые государственные обсерватории (в 1672 г. Парижская, в 1675 г. Гринвичская).

По сути своей это была задача определения абсолютного времени, дававшего при сравнении с местным временем интервал, который и можно было перевести в долготу. Определить это время можно было с помощью наблюдения движений Луны среди звезд, то есть часов, «закрепленных на небе», а также с помощью точных часов, поставленных по абсолютному времени и находящихся у наблюдателя. Для первого случая были необходимы очень точные таблицы для предсказания положения небесных светил, а для второго - абсолютно точные и надежные часовые механизмы

На рубеже XVII в. и в его первой половине развертывается деятельность Г. Галилея – одного из основателей современного естествознания Ему принадлежат доказательство вращения Земли, открытие принципа относительности движения и закона инерции, законов падения тел и их движения по наклонной плоскости, законов сложения движений и поведения математического маятника. Он же изобрел телескоп и с его помощью исследовал ландшафт Луны, обнаружил спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры.

В процессе развития галилеевской механики Ньютон вводит понятие «состояние системы». Первоначально оно было использовано для простейших механических систем. (В дальнейшем понятие состояния обнаружило свою фундаментальную роль и стало применяться в других физических концепциях в качестве одного из основных.) Состояние механической системы в классической механике полностью определяется импульсами и координатами всех тел, образующих данную систему. Если известны координаты и импульсы в данный момент времени, то можно однозначно установить значения координат и импульсов в любой последующий момент времени, а также вычислить значения других механических величин - энергии, момента количества движения и т. д.

Для утверждения своей концепции Ньютону было необходимо разрушить старую, аристотелевскую картину мира. Вместо сфер, которые управлялись перводвигателем, он ввел механизм, действующий на основе естественного закона, не требовавшего постоянного использования силы и допускавшего божественное вмешательство лишь для своего создания и приведения в движение. Это был компромисс науки и религии. С представлением, в соответствии с которым для поддержания движения нужна сила, было покончено. Место статистического представления мира заняло динамическое его представление. Уступки религии в вопросе о первотолчке были, однако, связаны не только с социальными причинами, обусловливающими компромисс науки и религии, но и с характером его понимания природы, которую он считал неэволюционирующей, инертной, косной субстанцией.

Поскольку вечные законы природы дают возможность объяснять только повторяемость неизменных, неэволюционирующих тел, то первый толчок был в такой картине мира просто необходим. Ньютон, как и Аристотель, понимали физику как общую теорию природы. Но если Ньютон теорию природы строил на математических и экспериментальных началах, то Аристотель исключал их из сферы познания. Экспериментально-математический метод познания открыл перед физикой и вообще перед естествознанием колоссальные перспективы. Ньютон, заложив основы теоретического фундамента классической физики, открыл путь к ее дальнейшему развитию.

Научная революция XVII века привела к становлению классического естествознания, основные методологические установки которого были выражены следующим образом:

1. Объективность и предметность научного знания объявлялась возможной только при исключении из описания и объяснения всего, что относилось к субъекту и процедурам познания. Это означало возможность проведения как абсолютно «чистого» эксперимента, так и получения абсолютного знания.

2. Как следствие предполагалось возможным определить вытекающие из опыта онтологические принципы и построение истинной картины природы.

3. Процедура объяснения сводилась к поиску механистических причин и субстанций - носителей сил.

4. Механистическая картина природы рассматривалась как тождественная физической картине реальности, которая, в свою очередь, рассматривалась как общенаучная картина мира.

5. Объекты рассматривались как простые механические системы, действующие в соответствии с детерминистическими принципами. Такой подход к изучаемому способствовал возникновению таких категорий как «вещь», «процесс», «часть», «целое», «причинность», «пространство», «время».

2.4.2. Вторая научная революция

(кон. XVIII в.- нач. XIX века). И. Ньютон

С конца XVIII века до начала XIX в. можно констатировать второй революционный процесс в естествознании, который как бы логически завершает окончательное становление классического естествознания. Итогом этой революции становится дисциплинарная организация классической науки. Этот процесс сопровождается следующими фактами:

1. Статичность объяснительных схем классического естествознания разрушается, благодаря эволюционным идеям, пришедшим из области биологии, геологии, палеонтологии.

2. Механистическая картина природы перестаёт приравниваться к общенаучной картине мира.

На основе соотношения разных методов, синтеза знаний, дальнейшей дифференциации научного знания формируются и развиваются разные направления классического естествознания и их стиль мышления.

Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира. В её рамках все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющимся законам ньютоновской механики. Согласно механистической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала основой механистической картины мира, господствовавшей вплоть до научной революции на рубеже XIX и XX столетий.

Механика Ньютона, в отличие от прежних механических концепций, решала любую задачу, связанную с движением в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при известных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в качестве метода количественного анализа механического движения. Любые физические явления могли изучаться как движение в чисто феноменологическом плане, независимо от вызывающих их факторов. Законы ньютоновской механики связывали силу не с движением, а с изменением движения. Это позволило отказаться от традиционных представлений о том, что для поддержания движения нужна сила, и отвести трению, которое делало силу необходимой в действующих механизмах для поддержания движения, второстепенную роль.

Установив динамический взгляд на мир вместо традиционного статического взгляда, Ньютон свою динамику сделал основой теоретической физики. Хотя Ньютон проявлял осторожность в механических истолкованиях природных явлений, тем не менее, он считал желательным выведение из начал механики остальных явлений природы. Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в направлении дальнейшей разработки аппарата механики применительно к решению конкретных задач, по мере решения которых механистическая картина мира укреплялась.

2.4.3. Третья научная революция (кон. XIX в.- сер. XX века)

Третья глобальная научная революция была связана со становлением нового, неклассического естествознания. Она охватывает период с конца XIX до середины XX столетия. В эту эпоху происходит своеобразная цепная реакция революционных перемен в различных областях знания:

· В физике это выразилось в открытии делимости атома, становлении релятивистской и квантовой теорий.

· В космологии были сформированы модели нестационарной эволюционирующей Вселенной.

· В химии возникла квантовая химия, фактически стёршая грань между физикой и химией.

· Одним из главных событий в биологии стало становление генетики.

· Возникли новые научные направления, например, такие как кибернетика и теория систем.

В процессе всех этих революционных преобразований формировались идеалы и нормы новой, неклассической науки. Они характеризовались пониманием относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. В противовес идеалу единственно истинной теории, «фотографирующей» исследуемые объекты, допускается истинность нескольких отличающихся друг от друга конкретных теоретических описаний одной и той же реальности, поскольку в каждом из них может содержаться момент объективно-истинного знания.

В связи с этим принимаются такие типы объяснения и описания, которые в явном виде содержат ссылки на средства и операции познавательной деятельности. Наиболее ярким образцом такого подхода были идеалы и нормы объяснения, описания и доказательности знаний, утвердившиеся в квантово-релятивистской физике. В классической физике идеал объяснения и описания предполагал характеристику объекта «самого по себе», без указания на средства его исследования. В квантово-релятивистской физике в качестве необходимого условия объективности объяснения и описания выдвигается требование четкой фиксации особенностей средств наблюдения, которые взаимодействуют с объектом.

Новая система познавательных идеалов и норм обеспечивала значительное расширение поля исследуемых объектов, открывая пути к освоению сложных саморегулирующихся систем. В отличие от механических систем такие объекты характеризуются уровневой организацией, наличием относительно автономных и вариабельных подсистем, массовым стохастическим взаимодействием их элементов, существованием управляющего уровня и обратных связей, обеспечивающих целостность системы.

Именно включение таких объектов в процесс научного исследования вызвало резкие перестройки в картинах реальности ведущих областей естествознания. Процессы интеграции этих картин и развитие общенаучной картины мира стали осуществляться на базе представлений о природе как сложной динамической системе. Этому способствовало открытие специфики законов микро-, макро- и мега-мира в физике и космологии, интенсивное исследование механизмов наследственности в тесной связи с изучением надорганизменных уровней организации жизни, обнаружение кибернетикой общих законов управления и обратной связи. Тем самым создавались предпосылки для построения целостной картины природы, в которой прослеживалась иерархическая организованность Вселенной как сложного динамического единства. Картины реальности, вырабатываемые в отдельных науках, на этом этапе еще сохраняли свою самостоятельность, но каждая из них участвовала в формировании представлений, которые затем включались в общенаучную картину мира. Последняя, в свою очередь, рассматривалась не как точный и окончательный портрет природы, а как постоянно уточняемая и развивающаяся система относительно истинного знания о мире.

Все эти радикальные сдвиги в представлениях о мире и процедурах его исследования сопровождались формированием новых философских оснований науки. Идея исторической изменчивости научного знания, относительной истинности вырабатываемых в науке онтологических принципов соединялась с новыми представлениями об активности субъекта познания. Он рассматривался уже не как дистанцированный от изучаемого мира, а как находящийся внутри него, детерминированный им. Возникает понимание того обстоятельства, что ответы природы на наши вопросы определяются не только устройством самой природы, но и способом нашей постановки вопросов, способом, который зависит от исторического развития средств и методов познавательной деятельности. На этой основе вырастало новое понимание категорий истины, объективности, факта, теории, объяснения.

Радикально изменялись и философские основания науки. Развитие квантово-релятивистской физики, биологии и кибернетики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, вещи, процесса, состояния и т. д. В принципе можно сказать, что эта «категориальная сетка» вводила новый образ объекта, который представал как сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идеи несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Важную роль при описании динамики системы начинают играть категории случайности, потенциально возможного и действительного.

Причинность не может быть сведена только к ее лапласовской формулировке - возникает понятие «вероятностной причинности», которое расширяет смысл традиционного понимания данной категории. Новым содержанием наполняется категория объекта: он рассматривается уже не как себетождественная вещь (тело), а как процесс, воспроизводящий некоторые устойчивые состояния и изменчивый в ряде других характеристик.

2.4.4. Четвёртая научная революция (кон. XX века)

В современную эпоху мы являемся свидетелями новых радикальных изменений в основаниях науки. Эти изменения можно охарактеризовать как четвертую глобальную научную революцию.

Для этого этапа развития естествознания характерно интенсивное применение научных знаний во всех сферах социальной жизни. Изменяется характер научной деятельности. Он определяется революцией в средствах хранения и получения знаний (компьютеризация науки, появление сложных и дорогостоящих приборных комплексов, которые обслуживают исследовательские коллективы и функционируют аналогично средствам промышленного производства). Наряду с дисциплинарными исследованиями на передний план все более выдвигаются междисциплинарные и проблемно-ориентированные формы исследовательской деятельности.

В междисциплинарных исследованиях наука, как правило, сталкивается с такими сложными системными объектами, которые в отдельных дисциплинах зачастую изучаются лишь фрагментарно, поэтому эффекты их системности могут быть вообще не обнаружены при узкодисциплинарном подходе, а выявляются только при синтезе фундаментальных и прикладных задач в проблемно-ориентированном поиске.

Объектами современных междисциплинарных исследований все чаще становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием. Такого типа объекты постепенно начинают определять и характер предметных областей фундаментальных наук, детерминируя облик современной, постнеклассической науки.

Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами. Последние выступают особым состоянием динамики исторического объекта, своеобразным срезом, устойчивой стадией его эволюции. Сама же историческая эволюция характеризуется переходом от одной относительно устойчивой системы к другой системе с новой уровневой организацией элементов и самоорганизацией. Исторически развивающаяся система формирует с течением времени все новые уровни своей организации, причем возникновение каждого нового уровня оказывает воздействие на ранее сформировавшиеся, меняя связи и композицию их элементов.

Формирование каждого такого уровня сопровождается прохождением системы через состояния неустойчивости (точки бифуркации), и в эти моменты небольшие случайные воздействия могут привести к появлению новых структур. Деятельность с такими системами требует принципиально новых стратегий. Их преобразование уже не может осуществляться только за счет увеличения энергетического и силового воздействия на систему. Простое силовое давление часто приводит к тому, что система просто-напросто «сбивается» к прежним структурам, потенциально заложенным в определенных уровнях ее организации, но при этом может не возникнуть принципиально новых структур.

В естествознании первыми фундаментальными науками, столкнувшимися с необходимостью учитывать особенности исторически развивающихся систем, были биология, астрономия и науки о Земле. В них сформировались картины реальности, включающие идею историзма и представления об уникальных развивающихся объектах (биосфера, Метагалактика, Земля как система взаимодействия геологических, биологических и техногенных процессов). В последние десятилетия на этот путь вступила физика. Представление об исторической эволюции физических объектов постепенно входит в картину физической реальности, с одной стороны, через развитие современной космологии (идея «Большого взрыва» и становления различных видов физических объектов в процессе исторического развития Метагалактики), а с другой - благодаря разработке идей термодинамики неравновесных процессов и синергетики.

Именно идеи эволюции и историзма становятся основой того синтеза картин реальности, вырабатываемых в фундаментальных науках, которые сплавляют их в целостную картину исторического развития природы и человека и делают лишь относительно самостоятельными фрагментами общенаучной картины мира, пронизанной идеями глобального эволюционизма.

Ориентация современной науки на исследование сложных исторически развивающихся систем существенно перестраивает идеалы и нормы исследовательской деятельности. Историчность системного комплексного объекта и вариабельность его поведения предполагают широкое применение особых способов описания и предсказания его состояний. С идеалом строения теории как аксиоматически-дедуктивной системы все больше конкурируют теоретические описания, основанные на применении метода аппроксимации, теоретические схемы, использующие компьютерные программы и т. д.

В естествознание начинает шире внедряться идеал исторической реконструкции, которая выступает особым типом теоретического знания, ранее применявшимся преимущественно в гуманитарных науках (истории, археологии, историческом языкознании). Образцы такого подхода можно обнаружить не только в дисциплинах, традиционно изучающих эволюционные объекты (биология, геология), но и в современной космологии и астрофизике: современные модели, описывающие развитие Метагалактики, могут быть расценены как исторические реконструкции, посредством которых воспроизводятся основные этапы эволюции этого уникального исторически развивающегося объекта.

Изменяются представления и о стратегиях эмпирического исследования. Идеал воспроизводимости эксперимента применительно к развивающимся системам должен пониматься в особом смысле. Если эти системы типологизируются, то есть если можно поэкспериментировать над многими образцами, каждый из которых может быть выделен в качестве одного и того же начального состояния, то эксперимент даст один и тот же результат с учетом вероятностных линий эволюции системы.

Но кроме развивающихся систем, которые образуют определенные классы объектов, существуют еще и уникальные исторически развивающиеся системы. Эксперимент, основанный на энергетическом и силовом взаимодействии с такой системой, в принципе не позволит воспроизводить ее в одном и том же начальном состоянии. Сам акт первичного «приготовления» этого состояния меняет систему, направляя ее в новое русло развития, а необратимость процессов развития не позволяет вновь воссоздать начальное состояние. Поэтому для уникальных развивающихся систем требуется особая стратегия экспериментального исследования. Их эмпирический анализ осуществляется чаще всего методом вычислительного эксперимента на ЭВМ, что позволяет выявить разнообразие возможных структур, которые способна породить система.

Среди исторически развивающихся систем современной науки особое место занимают природные комплексы, в которые включен в качестве компонента сам человек. Примерами таких «человекоразмерных» комплексов могут служить медико-биологические объекты, объекты экологии, включая биосферу в целом (глобальная экология), объекты биотехнологии (в первую очередь генетической инженерии), системы «человек - машина» (включая сложные информационные комплексы и системы искусственного интеллекта). При изучении «человекоразмерных» объектов поиск истины оказывается связанным с определением стратегии и возможных направлений преобразования такого объекта, что непосредственно затрагивает гуманистические ценности. С системами такого типа нельзя свободно экспериментировать. В процессе их исследования и практического освоения особую роль начинает играть знание запретов на некоторые стратегии, потенциально содержащие в себе катастрофические последствия.

В этой связи трансформируется идеал ценностно-нейтрального исследования. Объективно истинное объяснение и описание применительно к «человекоразмерным» объектам не только допускает, но и предполагает включение аксиологических факторов в состав объясняющих положений. Возникает необходимость экспликации (выявления) связей фундаментальных внутринаучных ценностей (поиск истины, рост знаний) с вненаучными ценностями общесоциального характера. В современных программно-ориентированных исследованиях эта экспликация осуществляется при социальной экспертизе программ. Вместе с тем в ходе самой исследовательской деятельности с человекоразмерными объектами исследователю приходится решать ряд проблем этического характера, определяя границы возможного вмешательства в объект. Внутренняя этика науки, стимулирующая поиск истины и ориентацию на приращение нового знания, постоянно соотносится в этих условиях с общегуманистическими принципами и ценностями. Развитие всех этих новых методологических установок и представлений об исследуемых объектах приводит к существенной модернизации философских оснований науки.

Научное познание начинает рассматриваться в контексте социальных условий его бытия и его социальных последствий, как особая часть жизни общества, детерминируемая на каждом этапе своего развития общим состоянием культуры данной исторической эпохи, ее ценностными ориентациями и мировоззренческими установками. Осмысливается историческая изменчивость не только онтологических постулатов, но и самих идеалов и норм познания. Соответственно развивается и обогащается содержание категорий «теория», «метод», «факт», «обоснование», «объяснение».

В онтологической составляющей философских оснований науки начинает доминировать «категориальная матрица», обеспечивающая понимание и познание развивающихся объектов. Возникают новые понимания категорий пространства и времени (учет исторического времени системы, иерархии пространственно-временных форм), категорий возможности и действительности (идея множества потенциально возможных линий развития в точках бифуркации), категории детерминации (предшествующая история определяет избирательное реагирование системы на внешние воздействия).

2.5. Организация современного естествознания

Иерархия естественнонаучных законов: законы эмпирические, фундаментальные и предельно общие законы сохранения. ô Этические принципы науки: нормы исследования и получения научного результата, комплекс этических ценностей науки, проблема свободы исследований. ô Роль междисциплинарных исследований в естествознании: роль синергетики в интенсификации междисциплинарных исследований.

Становление научного естествознания сопровождается рядом преобразований, происходящих в интеллектуальной, этической и организационной сферах. Целью этих, часто стихийных процессов, является создание нормативной базы научного естествознания. Это означает, что создаётся традиция, составленная из писанных и неписанных правил, которых должен придерживаться каждый исследователь. Научное естествознание инновационно по своей сути, но любая инновация, в конечном счете, только следствие существования традиции. Поскольку научное естествознание творится людьми, то её развитие невозможно без применения соответствующих этических принципов.

2.5.1. Иерархия естественнонаучных законов

Количество законов природы, сформулированных в естественных науках к настоящему времени, весьма велико. Они неравнозначны. Наиболее многочисленным является класс эмпирических законов, формулируемых в результате обобщения результатов экспериментальных наблюдений и измерений. Часто эти законы записываются в виде аналитических выражений, носящих достаточно простой, но приближенный характер. Область применимости этих законов оказывается достаточно узкой. При желании увеличить точность или расширить область применимости математические формулы, описывающие такие законы, существенно усложняются.

Примерами эмпирических законов могут служить:

· закон Гука (при небольших деформациях тел возникают силы, примерно пропорциональные величине деформации);

· закон валентности (в большинстве случаев атомы объединяются в химические соединения согласно их валентности, определяемой положением в Периодической таблице элементов);

· некоторые частные законы наследственности (например, сибирские коты с голубыми глазами обычно от рождения глухи).

На ранних этапах развитие естественных наук, в основном, шло по пути накопления подобных законов. Со временем их количество возросло настолько, что возник вопрос о нахождении новых законов, позволяющих описать эмпирические в более сжатой форме.

Ими, прежде всего, стали фундаментальные законы, представляющие собой абстрактные формулировки, непосредственно не являющиеся следствием экспериментов. Обычно фундаментальные законы «угадываются», а не выводятся из законов эмпирических. Количество таких законов ограничено (например, классическая механика содержит в себе лишь четыре фундаментальных закона: законы Ньютона и закон Всемирного тяготения). Многочисленные эмпирические законы являются следствиями (иногда вовсе не очевидными) фундаментальных законов. Критерием истинности последних является соответствие конкретных следствий экспериментальным наблюдениям.