Классическая эпоха в естествознании

Процесс становления науки, начавшийся в Древней Греции, оказался весьма длительным и продолжался вплоть до XVI - XVII веков, когда наука окончательно сформировалась как самостоятельная духовная деятельность и как социальный институт. Эпоха средневековья оставила заметный след в этом процессе, прежде всего, благодаря укреплению традиций христианства. Потому что в христианском учении Бог концентрирует в себе все, что является трансцендентным, сверхъестественным. При этом природа считается познаваемой, доступной объективному анализу. В других религиозных учениях божественное неотделимо от природы, а значит, природа является принципиально непознаваемой. Кроме того, христианство является монотеистической религией, которая только и может позволить вере превратиться в систему постоянных природных законов, так как в политеистических религиях подобное истолкование природы невозможно из-за «вмешательства» со стороны враждующих друг с другом богов. Наконец, в мире нет другой монотеистической религии, догматика которой с такой решительностью отдавала бы человеку центральное место, «разрешая» ему познавать окружающий мир, заключая его в рамки эмпирических и теоретических законов, т.е. как бы заново «творить» природу. Можно сказать, что в познавательном аспекте произошла подмена Бога человеком.

Следует, однако, отметить, что такой взгляд на природу, который сложился к началу XVII века, во многом объясняет ее бедственное положение в настоящее время. В частности, считалось, что внечеловеческая природа совершенно лишена субъективности: растения и животные суть «машины», не имеющие внутреннего мира, души. Отсутствие во внечеловеческой природе остатков душевной жизни сделало возможным подчинение качества количеству, долгое время являвшееся основным признаком науки. Другими словами, научный статус признавался только за выводами, выраженными в числовой, количественной форме. Считалось, что все изменения в природе, даже связанные с резкими переходами между состояниями объектов, на самом деле сводятся к непрерывным количественным изменениям каких-то параметров. В природе невозможно рождение нового качества.

Закрепление самостоятельного статуса науки произошло в XVI-XVII в.в. и было связано с деятельностью целой плеяды великих ученых. Именно к этому времени математика становится универсальным языком науки, базисом аналитических исследований (Р. Декарт), а центральное место начинают занимать методологии, основанные на опытном установлении отношений между фактами и дальнейшем их обобщении индуктивными методами (Ф. Бэкон). Исходным пунктом формирующейся классической науки стала гелиоцентрическая система мира (Н. Коперник). Фундаментальное переосмысление проблемы движения и его описания позволило Г. Галилею показать эффективность применения идеализированных понятий (равномерное прямолинейное движение, материальная точка и т.д.), непосредственно не встречающихся в природе, но служащих целям создания на их основе аксиом движения. Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея, принцип инерции и другие понятия непосредственно вошли в механику Ньютона, с которой и началось классическое естествознание. Наконец, нельзя не отметить важность создания огромного объема экспериментальной информации, накопленной к XVII веку, особенно в области астрономии, а также предварительной эмпирической обработки этой информации (Тихо Браге, И. Кеплер).

Эта эпоха характеризуется определенными особенностями. Может показаться, что история естествознания достаточно монотонна, один период сменяет другой. Но это свойственно только первым этапам, когда происходило накопление знаний. Процесс, когда вновь полученные знания как бы приклеиваются к старым, был характерен для натурфилософии античности и средневековья. С эпохой Возрождения происходит перелом в науке. Теперь движение прогресса происходит скачками, основой которых являются новые идеи и теории, радикально меняющие взглядов на мир. Эти переломные этапы, скачки называют научными революциями. Причем это не кратковременное состояние, а изменение во взглядах, продолжающееся некоторое время.

В эпоху Возрождения, период между 15 и 16 веками, произошла первая научная революция. Эту эпоху принято ассоциировать с именем Великого итальянца Леонардо да Винчи - он неоднократно говорил о несостоятельности геоцентрической системы Птолемея; он изобрел множество технических средств в механике; круг его интересов распространялся от математики и физики до анатомии и живописи. Изучение анатомии человека запрещалось церковью, однако Леонардо детально изучил ее. Да Винчи обращал внимание на необходимость использования практики, эксперимента в науке. Об этом говорят и в наше время.

Геоцентрическая модель строения Вселенной, царившая в естествознании около 14 веков, была наконец заменена гелиоцентрической в 1543 году. Ее автор, польский астроном Николай Коперник, низвел Землю до уровня рядовой планеты, Солнце он поместил в центре системы и все планеты вместе с Землей двигались вокруг Солнца по круговым орбитам. Коперник предположил, что движение есть естественное свойство небесных и земных объектов, подчиненное единым законам. Это был удар по теории Аристотеля о движение Вселенной.

Коперник впервые показал, что наши чувства не всегда дают нам реальную картину окружающего, и что необходимо не только наблюдать но и опытно проверять. Здесь он развил идею Платона о том, что органы чувств не всегда дают верную и полную информацию, и поэтому практика – критерий истины. Это учение подрывало устои католической церкви - если Земля не центр мироздания, значит и человек не есть венец творения, высшая цель мироздания. Все последователи Коперника были подвергнуты гонениям, а сам он избежал инквизиции в виду естественной смерти. Взгляды Коперника настолько меняли мировоззрение, что по праву их можно считать толчком к смене старой, геоцентрической картины мира на новую, гелиоцентрическую.

Продолжателем идей Коперника стал Джордано Бруно - он отстаивал положения, что Вселенная бесконечна, что у нее нет центра; он говорил о наличии множества тел подобных Солнцу и окружающих его планет. Идеи Бруно еще больше подрывали устои церкви и в 1600 году он был сожжен как еретик.

Продолжением идей Коперника и Бруно стали идеи Галилея, Кеплера и Ньютона в 17 - 19 веках. Этот период называют еще естествознанием нового времени. Это было время Великих географических открытий, появления новых экономических и производственных отношений. Этот период связывают с появлением новой механической картины мира. Галилей, впервые применив изобретенную им трубу, обнаружил, что у Юпитера есть спутники, что Солнце вращается вокруг своей оси и у него есть пятна, а на Луне есть горы - все это не вписывалось в теорию Аристотеля о противоположности земного и небесного и подтверждало теорию Коперника. Галилей опроверг Аристотеля и в том, что равномерное движение требует постоянной прилагаемой силы. Он также исследовал свободное падение тел и установил, что скорость не зависит от массы тела. Но главное, что Галилей дал доказательство верности учения Коперника - не только астрономические но и математические.

Но также как и во времена основателей гелиоцентрической картины Вселенной, церковь не могла допустить распространения этих мыслей и под угрозой сожжения Галилею пришлось отказаться от своих мыслей.

Но научную мысль уже невозможно было удержать. Включая в исследование наблюдения, анализ, рассуждения, обобщения Иоганн Кеплер в 1609 году сформулировал законы движения планет. Кроме этого Кеплер предложил теорию предсказаний солнечных и лунных затмений, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем. Кеплер дал толчок развитию динамики в механике. Церковь также запрещала некоторые его книги, но сам он относился к этому без сарказма: “Мне все равно, кто будет меня читать: люди нынешнего или люди будущего поколения. Разве господь Бог не дожидался 6 тысяч лет, чтобы кто-нибудь занялся созерцанием его творений”.

Французский ученый Рене Декарт предложил теорию вихрей, по которой все пространство заполнено подвижным веществом, способным образовывать вихри. Эти вихри образуют потоки и вовлекают в движение все в мире. Но главная заслуга Декарта в развитии геометрии, как части математической науки (знаменитые декартовы координаты - оси абсцисс и ординат)

Первая научная революция завершилась появлением трудов профессора Кембриджского университета Исаака Ньютона, где он изложил систему законов механики, всемирного тяготения; систематизировал все значительное в механике. Он сформулировал 3 закона движения и Закон Всемирного тяготения.

Закон Всемирного тяготения оказал огромное влияние на развитие естествознания. Впервые открытый закон оказывался универсальным законом природы, которому подчинялось и малое и большое. В результате появления этой и предшествующих теорий сформировалась механистическая картина мира, где все можно было, как казалось, объяснить на основе простых законов. Природа представилась некой машиной и чтобы познать ее до конца необходимо просто разобрать механизм по составным частям.

Кроме всего прочего Ньютон разработал требования к исследованию, что явилось сильным прорывом в методологии. Именно Ньютон, по словам Эйнштейна, указал пути мышления, экспериментального исследования и практических построений.

В труде Эммануила Канта “Всеобщая естественная история и теория неба” в 1755 году была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы. Вначале была некая туманная масса, которая равномерно заполняла пространство (вспомним идеи Анаксимандра об апейроне). Под действием сил притяжения образовывались отдельные скопления, становившиеся центрами притяжения. В этих центрах произошла концентрация вещества и образовались все тела. В противовес механике Ньютона, это была развивающаяся модель, которую нельзя было объяснить только законами механики. Независимо от канта, французский математик Пьер Лаплас разработал и дополнил кантовскую теорию. Эта идея была потом объединена в единую космогоническую гипотезу Канта-Лапласа.

Надо отметить, что в это время происходит острая борьба двух концепций - катастрофизма и эволюционизма. Они по-разному объясняют историю нашей планеты. Жорж Кювье говорил, что каждый период в истории Земли завершается мировой катастрофой. В результате гибнут растения, животные и в новых условиях появляются новые виды. Причины катастроф он не объяснял. Жан Ламарк предположил, что изменения условий окружающей Среды есть движущая сила эволюции органического мира. Организмы изменяются, а не остаются постоянными - как говорил Линней. В 30-е годы 19 века труд англичанина Чарльза Лайеля нанес сокрушительный удар по теории катастроф, он показал, что факторы изменяющие лик Земли одинаковы и сегодня и в прошлом, нежно только допустить, что Земля существует долго.

Стоит отметить, что в рассматриваемый период происходит развитие капиталистических отношений, бурно развивается техника. Все это подхлестывает развитие экспериментальной науки, появление массы новых открытий в самых разных отраслях знания. Матиас Шлейден и Теодор Шванн открыли, что все организмы состоят из клеток; создав свою клеточную теорию. Этим открытием было показано единство всего органического мира. Австрийский монах Грегор Мендель, в 1866 году показал, что в основе всего живого лежат наследственные единицы или гены, в последствие. Д.И.Менделеев делает прорыв в химии, открывая периодическую систему химических элементов. Это открытие позволяет предвидеть свойства новых, еще неизвестных элементов.

До этого мир представлялся как механическая система, которая функционирует по законам классической механики. В подобной механистической картине мира место было только для одного вида материи - веществу, состоящему из частиц. Исследования Майкла Фарадея показали наличие электромагнитных полей. Значит, в природе кроме вещества существует еще и поле. (Демокрит говорил, что существуют только атомы и пустота). Джеймс Максвелл продолжил эту идею и разработал математическую модель для теории Фарадея. Две этих работы Фарадея и Максвелла положили начало крушения механистической картины мира.