ИЗ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Наука как феномен культуры, ее методы

наука есть ничто иное, как совершенствование повседневного мышления.

А.Эйнштейн

Величайшим достижением человеческого гения является то, что человек может понять вещи, которые он уже не может вообразить.

Л.Ландау

В ходе эволюции человеческая цивилизация выработала несколько способов познания, описания и объяснения окружающего мира – науку, искусство, религию и т.д. в совокупности, в единстве и взаимодополнении они составляют феномен культуры, обеспечивающий развитие всего общества в целом и отдельных его членов, их мышления, мировоззрения, ценностей и идеалов. Наука – особая область, нацеленная на познание объективных законов явлений и процессов, отражающая, таким образом, объективную реальность.

Наука (лат. scientia - знание) - динамическая система объективных знаний о существенных связях действительности, получаемых и развиваемых в ходе специальной познавательной деятельности. ее основные функции: описательная, систематизирующая, объяснительная, прогностическая, практическая, мировоззренческая. Выявляя и описывая существенные стороны и отношения объектов и явлений действительности, ученый стремится к постижению объективной истины, при этом, поскольку познание субъективно (осуществляется познающим субъектом, ограниченным в своих возможностях), то и истина не может быть абсолютной – она всегда относительна (есть ограниченно верное знание). Именно это и обусловливает бесконечность процесса познания мира.

Научное познание осуществляется на разных уровнях, в различных формах, посредством использования совокупности специальных методов.

Научное знание в начале своего существования было знанием эмпирическим, т.е. осуществлялось опытным путем, его основными методами были наблюдение и эксперимент. Эмпирический уровень познания фиксирует явления, их связи, позволяет их анализировать, сравнивать, классифицировать и т.д. таково познание древнегреческих, средневековых философов. Однако уже в Древней Греции зародились элементы научно-теоретического познания, в частности – такие приемы как абстрагирование, дедукция и т.п. сейчас в науке используются оба уровня познания, но все большую роль играет теоретический.

К формам научного познания относят концепции, теории, гипотезы, законы и принципы, понятия и категории (наиболее общие и значимые понятия теории), факты и т.д. (понятие – отражение в мышлении существенных свойств и отношений предметов и явлений действительности; закон – внутренняя и необходимая, всеобщая и существенная связь предметов и явлений объективной действительности). высшей и наиболее развитой и обобщенной структурной единицей научного знания является теория (греч. theoria – рассматриваю, исследую) – обобщение опыта, практики и научной деятельности людей, вскрывающее основные закономерности развития некоторой области действительности. в ее состав входят эмпирические факты, понятия, идеи, законы, принципы, постулаты, объяснения фактов, предсказания нового и т.п. Особыми формами знания являются концепции и картины мира – на них основаны теории, но они могут быть и следствием развития научных теорий. Выделяют три типа теорий – описательные (физиологическая И.Павлова), математизированные (физические), дедуктивные теоретические системы (геометрии Евклида и Лобачевского).

Процесс научного познания представляет собой решение различного вида проблем, возникающих в ходе практической и научной деятельности, путем использования методов – совокупностей приемов и операций, обеспечивающих переход от известного к новому знанию (греч. method – путь, способ). Существует множество классификаций методов, мы отметим, что деление достаточно условно, но выделим: общие (анализ, синтез, сравнение, обобщение, индукцию, дедукцию и т.д.), эмпирические (наблюдение, измерение, эксперимент) и теоретические (абстрагирование, моделирование, идеализацию и т.д.).

Особое место в современной науке занимают математические методы (статистические, приближений, дифференциального и интегрального исчислений и др.) - развитие этой области знания определяет развитие других, в особенности - естественнонаучной. в естествознании наиболее значимы наблюдение, эксперимент, моделирование и другие (наблюдение – целенаправленное восприятие предметов и явлений; эксперимент – способ, при котором объекты и явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях; моделирование – изучение какого-либо процесса или объекта посредством моделей, замещающих их с сохранением наиболее существенных сторон).

ИЗ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Мыслящий человек есть мера всему.

Протагор

У начал естественных наук стоят жрецы и философы, самая древняя из них - астрономия - возникла в IV-III тысячелетии до нашей эры на Востоке. Западная наука считает своей родиной Древнюю Грецию (почти все современные науки вышли из нее). Наибольшего расцвета древнегреческая философия достигла в V-III в. до н. э., главными ее чертами были эмпиризм (а именно – основой познания были наблюдения, идеализации и логические построения), критичность и независимость от религии. позднее, в эллинистический и, отчасти, древнеримский периоды, идеи Аристотеля, Демокрита, Гераклита, Гиппократа развивали Эпикур, Птолемей, Герофил и другие. приход христианства на смену язычеству обусловил резкое торможение развития научных знаний, философская мысль древних предавалась уничтожению, философы – преследованию. В IХ-ХI веках центром науки стали арабские страны, лишь с ХIII века, с появлением первых университетов, продолжилось развитие наук в Европе.

Существует много подходов к периодизации эволюции научного знания, мы остановимся на одном из них.

I научная революция относится к ХVI-ХVII векам и связана с именами Т.Браге, Н.Коперника, И.Кеплера, Р.Декарта, Г.Галилея, П.Гассенди, Р.Гука (возврат к гелиоцентрической системе, открытие законов движения и других законов механики, планет, введение нового – экспериментального - метода, возврат к атомизму, открытие клетки и микроорганизмов после изобретения микроскопа) и завершилась созданием классической механики И.Ньютоном. Ее главные особенности – представление о человеке как венце творения, способном с помощью разума проникнуть в божественный замысел; стирание граней между теоретической наукой и ее практическим использованием; опора на опыт и математику; единство анализа и синтеза, внедрение гипотетико-дедуктивного метода в познание; натурализм (природа самодостаточна, управляется объективными законами). Все это сопровождалось великой революцией в математике – созданием дифференциального и интегрального исчисления И.Ньютоном и Г.Лейбницем.

II научная революция произошла в ХVIII- первой половине ХIХ века и охватила несколько областей знания. Это период становления классической науки с ее основными чертами – системностью знаний, их опытной основой, диалектичностью, принятием идей эволюционизма и детерминизма (исключение случайности), это период выделения естественных наук из философии в их современном понимании (физики, химии, биологии, геологии). Ведущей идеей стала идея механицизма (мир – огромный и сложный механизм), распространившаяся на все области естествознания. В это время сложились термодинамическая теория (Г.Гельмгольц, Р.Клаузиус, Дж.Джоуль, Ю.Майер) и основы электродинамики (М.Фарадей, Ш.Кулон) в физике, эволюционная (Ж.Б.Ламарка и Ч.Дарвина) и клеточная (М..Шлейден и Т.Шванн после открытий Р.Гука и А.Левенгука) теории в биологии, началось активное становление химии как науки (законы А.Лавуазье, Дж.Дальтона). Вторая половина века ознаменовалась созданием теории химического строения вещества (А.М.Бутлеров) и периодической системы химических элементов (Д.И.Менделеев), классической электродинамики (Дж.К.Максвелл), физиологии (И.М.Сеченов, И.П.Павлов). Оставаясь в значительной степени метафизической (рассматривающей явления вне их связей, вне развития), наука постепенно готовила почву для глобальной ломки сложившихся представлений.

III научная революцияначалась в 90-х годах ХIХ века и продолжалась всю первую половину ХХ века, в некотором смысле она идет и сейчас. Эта революция привела к отказу от механистичности описания природного мира, его детерминизма, существования абсолютной истины и абсолютного пространства-времени, к пониманию бесконечности познания, а также к созданию релятивистской теории (А.Лоренц, А.Эйнштейн), квантовой теории (М.Планк, Н.Бор, В.Гейзенберг, Э.Шредингер) и ОТО (А.Эйнштейн), генетики (Г.Мендель, Т.Морган, Г.Гамов, Ф.Крик и др.), теории химических процессов (Н.Н.Семенов), теории биохимической эволюции (А.И.Опарин), биосферной концепции (В.И.Вернадский), синергетики (Г.Хакен). Рассмотрению ее итогов в значительной мере посвящено это пособие.

Основные черты современной науки: диалектизм, относительность знаний, системность, интегративность, примат статистических закономерностей.

Физика - наука о природе (physeös («фюзис») греч. - природа, почти так называлось одно из сочинений Аристотеля). Две основные концепции древнего мира - это концепции строениямира и строенияматерии. Античная космология (наука о Вселенной) создала три возможные системы мира (Рис.1):

1. пироцентрическую («пирос» греч. - огонь): сферическая Земля движется по сфере вокруг "центрального огня", еще по девяти сферам движутся Солнце, Луна и планеты (Меркурий, венера, марс, юпитер, Сатурн), завершает все сфера неподвижных звезд (Пифагор);

2. геоцентрическую («Гея» греч. - Земля): в центре замкнутого сферического мира - Земля, небесные тела вращаются вокруг нее по сферам, самая внешняя - сфера неподвижных звезд; четко разграничены «верх» - небо и «низ» - Земля (Аристотель);

3. гелиоцентрическую («Гелиос» греч. - Солнце): в центре мира - Солнце, вокруг движутся Земля и планеты, Луна вращается вокруг Земли, мир замкнут сферой неподвижных звезд (Аристарх Самосский).

Вершиной космологических представлений древних греков является система Демокрита-Эпикура, геоцентрическая, но бесконечная; вокруг плоской Земли в этом пространстве вращаются небесные тела - раскаленные глыбы. В этой Вселенной существует множество миров, которые рождаются и гибнут. Однако именно система Аристотеля была принята христианством как система с первенством человека и Земли, на которой он живет, она продержалась почти два тысячелетия и была развита Птолемеем (II в.н.э.). Л. да Винчи (XV в.) в средние века первым заявил: «Земля расположена не в центре мира, а в центре своих стихий, ей близких и с ней соединенных». к гелиоцентрической системе мира вернулся Николай Кузанский (бесконечной) и позже Николай Коперник (у него она - огромная, но имеющая предел). Начиная с XVI века в космологии главенствует система Коперника (подобная модели Солнечной системы), дополненная позже бесконечностью пространства.

Интересны представления древних о строении материи. Греческие философы, предшественники атомистов, утверждали, что все в природе сделано из бесструктурной материи: у Фалеса это вода, у Гераклита - огонь, у Анаксимандра - первовещество «апейрон» («беспредельное»), у Эмпедокла - 4 элемента (огонь, воздух, вода и земля) и т. д. Все эти представления - континуалистические, согласно которым материя - непрерывна, делима бесконечно. Атомистическое учение, легшее в основу современных представлений о веществе, было создано в IV - III в. до н. э. Демокритом и Эпикуром. По их воззрениям, ничего не существует, кроме атомов и пустого пространства. Атомы бесконечны в числе и бесконечно различны по форме: различие всех предметов зависит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке (!). Наука этого периода - наука наблюдательная, поэтому Эпикур аргументирует положения атомистической теории рассмотрением вопросов - Почему сохнет белье? Почему стерты каменные ступени храма? – и логическими выводами о существовании мельчайших частиц – атомов («атом» греч. - неделимый).

В I тысячелетии до н.э. подобные атомистические взгляды существовали и на Востоке - в Китае, Индии: учения «чарвака» (четырех стихий) и «вайшешика» (неделимые частицы и их сочетания). Т. о., у Декарта, Ньютона, Ломоносова и других было немало предшественников. И если бы не почитаемое церковью учение Аристотеля (с бесконечно делимой материей), то идея атомизма в науке развилась бы значительно быстрее.

Рождение химии относят к III - V в. н. э. в Египте в форме алхимии, хотя еще в IV - III тыс. до н. э. были известны различные виды химических технологических процессов (изготовление сплавов, красок, некоторых лекарств, косметики и т. д.). Слово «химия», скорее всего, происходит от египетского «хеме» (Kham) - «черноземная», так называли египтяне свою страну (химия – «египетская наука»). Первые алхимические трактаты содержали различные заклинания, магические формулы и т. д., алхимики на протяжении тысячелетия безуспешно искали философский камень (превращающий любое вещество в любое) и эликсир вечной молодости. Несмотря на большую «засоренность» магическими компонентами, алхимические трактаты («Изумрудная скрижаль», III в.н.э., египтянин Зосима, известный как Гермес Трисмегист) содержат ценные наблюдения о химических процессах и строгие технологические рецепты получения многих веществ (как побочных продуктов достижения «главной цели»). Позже центр алхимии переместился на арабский Восток, где были усовершенствованы старые и открыты новые процессы. Арабские ученые использовали перегонку, возгонку, растворение, дистилляцию, кристаллизацию, фильтрацию и т. д. Именно они дали науке химическую посуду («Книга тайны тайн», IX в., автор неизвестен, Джабир ибн Хайям, (Гебер)), но практически до XVII - XVIII веков (когда химия и алхимия разделили свои области) химия оставалась наукой технологической, т. е. собственно не наукой с теоретическими обоснованиями, а сводом описаний технологических процессов, хотя и довольно точных.

Подготовку к рождению химии-науки связывают с именами французов П.Гассенди и А.Лавуазье, англичан Р.Бойля и Дж.Дальтона, шведа И.Я.Берцелиуса и итальянца А.Авогадро. Гассенди ввел понятие молекулы («молес» греч. - маленькая масса), считая ее соединением атомов - он был сторонником атомистического учения Демокрита-Эпикура: «Нам не следует впредь искать других первичных коренных причин того, что совершается, помимо тех же самых атомов, поскольку они одарены той энергией, благодаря которой они движутся или стремятся к движению. Ведь совсем не глупо признать материю активной». Лавуазье выяснил природу окисления, тем самым опровергнув теорию флогистона («горючей жидкости»), и уточнил закон сохранения масс, сформулированный Ломоносовым и Бойлем. Дальтон, Берцелиус и Авогадро положили начало количественным расчетам в химии: первый сформулировал закон кратности весов взаимодействующих веществ, второй – показал, как связаны между собой веса и объемы газов: число молекул в одинаковых объемах газов одинаково.

Биология (bios греч. - жизнь) родилась в Древней Греции в VI - V вв. до н.э. с появлением идей о происхождении организмов (Ксенофан, Эмпедокл Арагантский) и первых классификаций живых организмов (Аристотель, Теофраст). Удивительно, но эволюционные идеи древних греков довольно близки к современным воззрениям: по Эмпедоклу организмы на Земле возникли в результате соединения элементов, причем несовершенные - погибли. Наибольший вклад в развитие биологии внесла медицина. Врачи занимались анатомированием животных и людей, в результате чего к началу нашей эры были известны: внутреннее строение животных и человека, функционирование систем кровообращения и пищеварения, многих внутренних органов, глаза и мозга. Хотя некоторые идеи древнегреческих врачей Алкмеона, Гиппократа (V - IV в. до н.э.) и других были ошибочны - вплоть до XVI - XVII веков они оставались наивысшими достижениями в биологии, т. к. в средние века анатомирование жестоко преследовалось церковью.

Создание механической системы мира Ньютоном и микроскопа Левенгуком подтолкнуло ученых XVII века на попытки найти систему в мире живого. Р.Гук открыл клетку - единицу живого, А.Левенгук - существование микроорганизмов, которые он считал переходным звеном от неживой материи к живой. После первых попыток систематики живых организмов К.Линней (XVIIIв.) предложил более-менее последовательную «Систему природы», введя понятия «вида» и «рода», но он отвергал общее родство живого, считая, что видов на Земле столько, сколько их создал Бог. В XVIII веке появляются и первые теории эволюции: Ж.Л.Бюффона (от образования Земли до появления жизни в результате возникновения подходящих условий для образования из особых органических молекул живых организмов, которые изменяются и совершенствуются), Ж.Б.Ламарка и Эразма Дарвина, деда Ч.Дарвина (жизнь создал Бог, но дальше она развивается и изменяется под воздействием внешней среды, случайных нарушений и скрещивания, приобретенные признаки наследуются), Ж.Кювье (все виды сотворены одновременно, больше не возникают, а исчезают при потопах, землетрясениях и т.д., после катастрофы область заселяется новыми видами - теория катастроф).

Науки о Земле – география и геология – зародились также в Древней Греции. Основные открытия совершались путешественниками – торговцами, мореплавателями и т.п. Одним из первых географов был Эратосфен, введший в науку меридианы и параллели, составивший первые карты, известными географами были: ибн Хордадбех, ибн Руст, аль-Бируни, аль-Кинди Якут, Косма Индикоплевт - на Востоке, Птолемей, М.Поло, Магеллан, В. да Гама, Х.Колумб, А.Гумбольд, Н.М.Пржевальский, Д.Ливингстон Н.Н.Миклухо-Маклай, Р.Амундсен и др. - в Европе. Интенсивно развивалась и геология, т.к. поиском полезных ископаемых, изучением пород, слагающих Землю, предсказанием землетрясений занимались издавна (ХVI в. – Агрикола, труды которого посвящены горнорудному делу, ХVIII в. - Ч.Лайель, отвергнувший идею о божественном происхождении Земли и описавший историю ее развития как естественный процесс («Основы геологии»), М.Ломоносов, занимавшийся изучением горных пород, ХIХ в. – Ж.Б.Ламарк, Н.Кассиатори, Э.Зюсс, В.О.Ковалевский - сторонники эволюционной теории в геологии и палеонтологии, В.В.Докучаев, создатель учения о почвах, и др.). эволюционная теория была более глубоко разработана в ХХ в. В.Вернадским и А.Опариным.

Это лишь краткий экскурс в истоки современных естественных наук.