Научные революции в истории естествознания.

 

         Переломные этапы в развитии науки, генезисе научного знания, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий

 прежнее видение мира получили наименование научных революций. Революция в науке – это, как правило, не кратковременное событие, а более или менее длительный исторический период. Новизна чувствовалась во всем. Самое распространенно прилагательное – «новый»:

 

1600г. – Уильям Гильберт – «О магните или новая физиология»

1609г. – Иоганн Кеплер – «Новая астрономия»

1620г. – Ф. Бэкон – «Новый органон наук»

1623-24г. – Ф. Бэкон – «Новая Атлантида»

1638г. – Г.Галилей – «Беседа и математические доказательства, касающиеся

                                  двух новых отраслей наук».

Колумбу: «Эти страны следует назвать Новые земли».

1507г. – карта «Новый свет»

О Колумбе: «Он предпринял новое путешествие к небу и миру»

Новизна чувствовалась во всем.

 

                  Первая научная революция.

           Первая научная революция относится к 15-16 векам. Это период перехода от Средневековья к Новому времени, названный эпохой Возрождения, которая характеризовалась возрождением культурных ценностей античности, расцветом искусства, изменением миропонимания, связанного с появлением гелиоцентрического учения Николая Коперника.

        В эпоху раннего Средневековья в Европе безраздельно господствовала библейская картина мира. Затем она сменилась геоцентрической системой Птолемея, просуществовавшей 1375 лет, изложенной в труде «Альмагест». Несовершенство, сложность, запутанность птолемеевской модели становились очевидными. Она не позволяла давать точные предсказания, каждая планета рассматривалась отдельно, не связывалась в некое системное целое.

      Создание гелиоцентрической теории было связано с необходимостью реформы юлианского календаря, в котором две основные точки – равноденствие и полнолуние – потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Календарная дата весеннего равноденствия, приходившаяся в 4в. н.э. на 21 марта и закрепленная за этим числом Никейским собором в 325 г.как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника Пасхи, к 16 в. отставала от действительной даты на 10 дней. Латеранский собор, проходивший в 1512-1517 гг.в Риме, предложил решить проблему ряду известных тогда астрономов, среди которых был и Коперник.

        Другая общественная потребность, стимулировавшая поиски новой теории планет, была связана с мореходной практикой, проблемами навигации. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего, Солнца и Луны. С помощью этих таблиц вычисляли долготу места на море.

       В новой теории нуждалась и все еще популярная астрология.

       В 1543 г. опубликован труд Коперника «Об обращении небесных сфер» - одно из величайших творений человеческой мысли, где изложена гелиоцентрическая теория. Это математическая теория сложных видимых движений Солнца и Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими математическими таблицами и приложением каталога звезд.

         В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, и среди них – Земля со своим спутником Луной.

         Систему Коперника сразу же использовали в практических целях. На ее основе составили «Прусские таблицы», уточнили длину тропического года и провели в 1582 г.реформу календаря – был введен новый, или григорианский стиль(по инициативе Папы Григория XIII).

            Революционное значение гелиоцентризма состояло в том, что оно представляло движение всех планет как единое целое. Коперник справедливо усмотрел принцип относительности – движение Земли может быть обнаружено относительно небесных тел.

              Существенным недостатком взглядов Коперника было то, что он разделял господствовавшее до него убеждение в конечности мироздания. И хотя он утверждал, что видимое небо несоизмеримо велико по сравнению с Землей, он все же полагал, что Вселенная где-то заканчивается твердой сферой, на которой были закреплены неподвижные звезды.

           До открытий Галилея в1616 года отсутствовали физические доказательства справедливости учения Коперника.

             Движение Земли вокруг Солнца позволялось употреблять как абстрактную математическую гипотезу. В таком качестве вращение не вызывало возражений со стороны церкви. Разрешались любые гипотезы- лишь бы их не выдавали за истину. Ну а если сомнительная теория позволяла создать более точный для земных надобностей календарь, то пусть себе звездочеты высчитывают то, что им надо на основе гипотезы. Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, снабжена предисловием, где говорится, что сие учение есть чистый вымысел и математическая абстракция. Находились скептики, которые утверждали, что предисловие отличается по стилю от самой книги настолько разительно, что его никак не могла написать одна рука. К числу таких скептиков относился и Галилей.

Вторая научная революция.

Создание классической механики и экспериментального

                        естествознания. Механическая картина мира.

 

Одним из активных сторонников учения Коперника был итальянский мыслитель Джордано Бруно(1548-1600). Он пошел дальше Коперника, отстаивая тезис о бесконечности Вселенной, и наличия других обитаемых миров и, по сравнению с Землей «если не больше и не лучше, то во всяком случае не меньше и не хуже».

           Инквизиция имела серьезные опасения бояться распространения образа мыслей и учения Бруно. После восьмилетнего тюремного заточения, как нераскаявшийся еретик, был сожжен на костре на Площади цветов в Риме.

            Трагическая гибель Бруно произошла на рубеже двух эпох: Возрождения и эпохи Нового времени. Последняя охватывает 17, 18, 19 века.

В этом периоде особую роль сыграл 17 век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли Галилей, Кеплер, Ньютон.

             В учении Галилея(1564-1642) были заложены основы нового механического естествознания. «Самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности – это проблема движения» - говорил А.Эйнштейн. Он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики». Смысл своего творчества он видит в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилей закладывает основы экспериментального естествознания. Эксперимент – важнейший метод научного познания. Галилей делает открытие большой научной значимости – закон изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии, прикладной механике. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы(как думал Аристотель). Галилей экспериментально обнаружил весомость воздуха. До Галилея общепринятым считалось понимание движения, выработанное Аристотелем: Тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей впервые применив новый научный метод познания – мысленный эксперимент (в идеальных условиях), показал, что этот принцип Аристотеля(хотя и согласуется с нашим повседневным опытом) является ошибочным. Он сформулировал принцип инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Астрономические исследования Галилея обосновали и подтвердили справедливость гелиоцентрического учения Коперника. Эти взгляды он изложил в книге «Диалог о двух системах мира», опубликованной в 1632 г. Он усовершенствовал зрительную трубу и превратил в телескоп с 32-кратным увеличением. Остановил вращение Солнца вокруг своей оси, а на его поверхности есть пятна. Обнаружил 4 спутника Юпитера, гористую поверхность Луны, а туманность Млечный Путь представляет собой скопление звезд.

            За признание своих открытий Галилею пришлось вести борьбу с церковью. Церковь дважды вела процессы против Галилея. После первого процесса в 1616 году Галилей был вынужден перейти к методам «нелегальной борьбы» за коперниканизм. После выхода книги «Диалог о двух системах мира» началась вторая компания против Галилея, которая привела ко второму процессу инквизиции в 1633 г. Инквизиция пригрозила не только осудить его как еретика, но и уничтожить все его рукописи и книги. От него требовали признания ложности учения Коперника. Галилей вынужден был уступить. Ценой тягчайшей моральной пытки он купил возможность завершения своего дела. В годы, последовавшие за процессом, Галилей продолжал разработку рациональной динамики.

           Исторический вклад Галилея состоит в следующем:

- сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости),

- результат действия на тело силы не только скорость, но и ускорение,

- вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время: S= ½ at²

- сформулировал принцип инерции,

- сформулировал принцип относительности движения

- открыл закон независимости действия сил(принцип суперпозиции).

         Спустя 350 лет после смерти Галилея, в октябре 1992 г., он был реабилитирован католической церковью, его осуждение было признано ошибочным, а учение – правильным. Глава римско-католической церкви Иоанн-Павел II заявил при этом, что церковь не должна выступать против науки, а наоборот поддерживать научный прогресс.

           Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физик 17 в. оказал великий французский мыслитель Рене Декарт(латинизир.Картезий).Он говорил: «Оставим книги, посоветуемся с разумом!». Революционное значение для развития естествознания имело его знаменитое «Рассуждение о методе», где провозглашены новые принципы научного мышления и новые средства математического анализа в геометрии и оптике. Требование простоты и ясности – основной принцип Декарта.

Он основоположник аналитической геометрии. Сформулировал понятие переменной величины, ввел оси координат.

             Декарт – основоположник научной космогонии. Он автор первой новоевропейской теории происхождения мира, Вселенной. Декарт допускает, что природа была создана Богом в виде первоначального материального хаоса, но Бог не принимает участия в его дальнейшем развитии. Мир развивается по естественным законам. Он полагал, что мировое пространство заполнено особым, легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Вихревые потоки окружает все небесные тела, увлекают их и приводят в движение (Теория вихрей). Это была умозрительная космогония, не обоснованная математически. И, тем не менее, ей присуще великое достоинство – идея развития, поразительно смелая для той эпохи.

Великий Ньютон имел все основания сказать: «Если я вижу дальше Декарта, то это потому, что я стою на плечах гиганта».

               Результаты естествознания 17 века обобщил Исаак Ньютон(1643-1727). Он стал родоначальником классической теоретической физики. В основе Ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведением из них законов природы методом индукции.

              Среди открытий Ньютона: открытие или окончательная формулировка основных законов динамики, создание (одновременно с Г.Лейбницем) новых математических методов – дифференциального и интегрального исчислений, ставших фундаментом высшей математики, изобретение отражательного зеркального телескопа-рефлектора, открытие явления разложения белого света и др. В 1672 г. Ньютон изложил перед членами королевского общества свою новую корпускулярную концепцию света. В соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток «световых частиц», наделенных свойствами и взаимодействующих с телами. Цвет – это не результат преломления или отражения света в среде. Цвет присущ свету изначально и связан со свойствами корпускул. Эта теория хорошо объясняла дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию и дифракцию, поляризацию света.

               Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение универсального закона природы – закона всемирного тяготении. В его теории тяготение предстало как универсальное взаимодействие, которое проявляется между любыми материальными частицами независимо от их качеств и состава. В 1686 Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию - механику земных и небесных процессов. Книга Ньютона «Математические начала натуральной философии», вышедшая в свет в 1687 г, не имела себе равных по значению. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения. Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов («Гипотез не измышляю!»).

                Формирование основ классической механики – величайшее достижение естествознания 17 века. Это была первая фундаментальная естественнонаучная теория, ядро механической картины мира. Механические взгляды на материальный мир господствовали 17,18,19 века. Природа понималась как гигантская механическая система, функционирующая по законам классической механики.

Третья научная революция.

Диалектизация естествознания

 

          В истории изучения человеком природы сложилось два прямо противоположных метода, которые приобрели статус общефизических, т.е. носящих всеобщий характер. Это – диалектический и метафизически методы.

           При метафизическом подходе объекты рассматриваются изолированно друг от друга, без учета взаимных связей и как бы в застывшем, неизменном состоянии. Диалектический подход предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязей, изменений, развития.

           Одним из ярких выразителей диалектического подхода(несмотря на всю его наивность) был древнегреческий мыслитель Гераклит. Он обращал внимание на взаимосвязи и изменчивость в природе, выдвигая идею о ее беспрерывном движении и обновлении. «Солнце – не только…новое каждый день, но и вечно и непрерывно новое, - говорил он. – На входящего в одну и ту же реку текут все новые и новые воды».

           В это же время в древнегреческой философии 4-5 вв. до н.э. зародился другой подход к познанию мира. В учениях Ксенофана, Парменида и др. появились попытки доказать, что окружающий мир неподвижен, ибо всякое изменение представляется противоречивым, а потому невозможным. Подобные воззрения появились и в науке Нового времени, соответствующий им метод получил название метафизический. (Не следует путать с метафизикой Аристотеля. Это разные понятия. Метафизический метод в естествознании 16-17 вв., является методом противоположным диалектическому).

         На определенном этапе научного познания природы метафизический метод был вполне пригоден и даже неизбежен, ибо упрощал, облегчал сам процесс познания. В рамках метафизического подхода к миру учеными изучались многие объекты, явления природы, проводились классификации.

          Наглядным примером этого может служить деятельность известного шведского ученого, метафизически мыслящего натуралиста Карла Линнея(1707-1778). Талантливый исследователь все силы своего ума употребил на создание классификации растительного и животного мира, установив следующую градацию: класс, отряд, вид, вариация. Оригинальной идеей Линнея стала бинарная система обозначения растений и животных. Согласно этой системе название представителя состоит из двух латинских наименований: одно из них является родовым, а второе – видовым. Например, человек именовался по латыни Homo sapiens, т. е. человек разумный.

           Но, проделав огромную и очень полезную классификационную работу, Линней не вышел за рамки метафизического метода мышления.

Он не усмотрел усложнения и развития. Линней считал виды животных и растений абсолютно неизменными. А самих «видов столько, сколько их создано Творцом», - писал он в своей знаменитой книге «Система природы».

          Во всем этом нет ничего удивительного. Диалектические идеи всеобщей взаимосвязи и развития могли утвердиться в естествознании лишь после того, как был пройден этап изучения отдельных объектов, явлений природы и их классификации. И эпохальное открытие Чарлза Дарвина могло

Быть сделано лишь после гигантского труда Карла Линнея.

         Новые научные идеи 18-19 вв.вскрыли диалектический характер явлений природы. 

          Начало процессу диалектизации естествознания, составившему суть третьей революции в естествознании, положила гипотеза Канта-Лапласа.

Это гипотеза о развитии Вселенной из бесформенной туманной массы в результате притяжения частиц. Следствием чего были скопления, которые стали центром притяжения.

Аналогичную идею высказал французский математик, астроном Пьер Симон Лаплас (1749-1827), их космогоническая гипотеза получила название гипотеза  Канта- Лапласа.

В области биологии Жан Батист Ламарк утверждал, что в результате изменения условий окружающей среды изменились потребности животных, как следствие - изменение жизнедеятельности.

Приобретенные под влиянием внешней среды изменения в живых организмах становятся наследственными и служат причиной появления новых видов, но передача по наследству этих приобретенных изменений доказана не была ни Ламароком ни его последователями.

Совершенствованием эволюционного учения стали работы Чарльза Роберта Дарвина (1809-1882). Главный труд- «Происхождение видов» был опубликован в 1859 г. Принципиально важной в учении Дарвина является теория естественного отбора: виды возникли и возникают в результате отбора и накопления качеств полезных для организмов в их борьбе за существование в данных условиях. Отзывы были разные.

Новые открытия доказывали наличие всеобщих связей в природе.

1. Клеточная теория (30г. 19в.) ботаников Маттиса Якоба Шлейдена (1804-1881), установившего, что все вещества состоят из клеток, и профессора, биолога Теодора Шванна (1810-1882), распространившего это учение на животный мир. Это показывало единство всего органического мира. Шванн сформулировал это открытие: «Многообразные формы возникают также  только из клеток, причем аналогичных клеткам растений».

2. Открытие закона сохранения и превращения энергии, который

охватывал все науки о природе. К этой идее первоначально пришел немецкий врач Юлиус Роберт Майер (1814-1878). Он обнаружил, что венозная кровь больных в тропиках, была краснее, чем в Европе, и объяснил это явление более высоким содержанием кислорода, что обусловлено тем, что при высоких температурах в организме сгорает меньше пищи, поскольку  тело в этих условиях требует меньше тепла, получаемого за счет питания, поэтому в венозной крови остается больше кислорода. Ю.Р.Майер высказал мысль о том, что химическая энергия, содержащаяся в пище, превращается в теплоту (подобно тому, как это происходит с механической энергией мышц). Джоуль (1818-1889) подвел под идеей Майера экспериментальную основу, и сделал вывод:

«Во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты». Доказательство сохранения и превращения энергии утверждало идею единства, взаимосвязанности материального мира.

3.Открытия в области органической химии. Получение органических веществ из неорганических:

немецкий химик Фридрих Велер (1800-1882) получил   мочевину, француз Бертло - жиры,  русский химик А.М.Бутлеров- сахаристое  вещество. Эти открытия разрушили представления об отсутствии связи между двумя сферами природы – органической и неорганической.

4. Поистине эпохальное событие в химической науке (1 марта 1869г.)- открытие периодического закона химических элементов Д.И. Менделеева (1834-1907). Из всего вышесказанного следует, что во второй половине 18 века и особенно в 19 веке получили мощное естественнонаучное обоснование два основополагающих принципа диалектики - принцип развития  и принцип всеобщей взаимосвязи  в природе. Механические взгляды на материальный мир господствовали 17-18-19 века.

Природа понималась как гигантская механическая система,

функционирующая по законам классической механики.