Научная революция, которая произошла в эпоху Возрождения, служила основой для формирования классической науки с господством в ней механики.Для Нового времени было характерным интенсивное развитие производительных сил в связи с зарождающимся капитализмом, произошел бурный расцвет науки в рамках естествознания, что потребовало коренных изменений оснований науки.
В Новое время начался процесс дифференциации натурфилософии по нескольким направлениям: наука отделилась от философии, и разделилась на частные науки: механику, астрономию, физику, биологию, химию и т.д. В философии тоже начался процесс выделения самостоятельных областей знания, таких как онтология, гносеология, логика, философия природы, философия истории и др.
Неоценимый вклад в развитие европейской астрономии внес И. Кеплер (1571 – 1630 гг.), сформулировавший два закона движения планет: согласно первому – все планеты осуществляют движение по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце;согласно второму– радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, описывает равные площади за определенные промежутки времени.
Г. Галилей (1564 – 1642 гг.) впервые соединил эксперимент с математикой. Он рассматривал математические абстракции как законы, которые управляют физическими процессами в мире опыта, развивал идею применения двух взаимосвязанных методов: анализа и синтеза, обозначая их как резолютивный и композитивный. Его главной заслугой в механике является открытие закона инерции, принципа относительности в соответствии с которой, равномерное и прямолинейное движение системы тел не отражается на процессах, происходящих в этой системе. Галилей изобрел и усовершенствовал такие технические приборы как линза, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и т.д.
Деятельность Галилея и Кеплера по раскрытию законов механики успешно продолжил английский ученый И. Ньютон (1643 – 1727 гг.). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. Он открыл три закона механики, сформулировал закон всемирного тяготения, динамически обосновав систему Коперника и законы Кеплера. Открытие закона всемирного тяготения оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания. Это был универсальный закон природы, которому подчинялось все малое и большое, земное и небесное. На основе ньютоновской классической механики сложилась картина мира, которая представляла Вселенную как совокупность огромного числа неделимых и неизменных атомов, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающихся от тела к телу через пустоту. Свойства пространства и времени неизменны и не зависят от самих тел. Природа, согласно этой картине мира, являет собой простую машину, части которой подчиняются жесткой детерминации.
В ХVIII в. естествознание остается в целом механистическим. Физика, выделившись из натурфилософии, не стремилась к построению единой физической картины мира. Она была нацелена, главным образом, на количественные исследования отдельных явлений, установление отдельных экспериментальных фактов, выявление частных закономерностей.
В первой половине ХVIII в. были достигнуты определенные результаты в изучении электрических явлений. А. Вольт (1745 – 1827 гг.)изобрел источник постоянного тока, что открыло дорогу стремительному развитию физики и техники электричества. Ш. Кулон (1736 – 1806 гг.)сформулировал основной закон электричества, прояснив его природу.
Химия в начале XVIII века отставала от других наук, в силу того, что количественныеметоды, разработанные Галилеем и Ньютоном практически не применялись в рамках данной науки, поскольку не было осознания важности точных измерений. Однако к концу ХVIII века ученые накопили большой экспериментальный материал, который был систематизирован в рамках единой химической теории, основателем которой считается французский химик А.Лавуазье (1743 -1794 гг.). Проведя целую серию опытов, он установил закон сохранения массы, который стал краеугольным камнем химии XIX века.
Астрономия в ХVIII в. становится наукой, основанной на постоянных исчислениях. Поэтому не удивительно, что среди астрономов были в то время математики: Ж.Л. Д Аламбер, Л.Эйлер, Ж. Д. Лагранж.
Появление представлений о закономерностях строения и развития Вселенной совпало с возникновением научной космогонии и космологии. В 1755 г. И. Кант (1724 – 1804 гг.) изложил гипотезу о возникновении Солнечной системы из газовой туманности. Она не была чисто умозрительным построением, а опиралась на конкретные геометрические, кинематические и динамические параметры, данные наблюдений, физические закономерности.Космологические идеи Канта в дальнейшем развил Лаплас (1749 – 1847 гг.).
В биологии ХVIII в. важное место занимала систематика. Шведский натуралист К. Линней (1707 – 1778 гг.) разработал систему классификации растений и животных, в которой было выделено несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности. Им была узаконена бинарная или двойная номенклатура видовых названий.
Сформулированная в космогонии идея развития природы постепенно переходит в биологию. Французский естествоиспытатель Ж.Бюффон (1707 – 1788 гг.) одним из первых в развернутом виде изложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и происхождения видов в пределах относительно узких подразделений).
Таким образом, становление новоевропейской науки было связано с процессом формирования и выработки особых приемов и норм исследования, в которых, с одной стороны, выражались установки классического естествознания, а с другой – осуществлялась их конкретизация с учетом доминирующей механики в системе научного знания эпохи.
Развитие науки в XX веке
XIX век в истории науки занимает особое место. Он знаменует одновременно и завершение старого классическогоестествознания и зарождение нового – неклассического.
Конец ХVIII – первая половина ХIХ вв. – время очередной глобальной научной революции. В этот период определился переход к новому состоянию естествознания – дисциплинарно организованной науке. Механическая картина мира утрачивает статус общенаучной. В биологии, химии и других областях знаний формируются специфические картины реальности, несводимые к механической.
Усиливается противоречие между старыми механистическими, метафизическими методологическими установками и новым содержанием физической науки. Это противоречие становится явным после открытия закона сохранения и превращения энергии, разработки электромагнитной теории, кинетической теории теплоты.
До середины XIX века все теоретические представления об электричестве и магнетизме строились на представлениях о дальнодействии и корпускулярной природе электричества. Единого теоретического взгляда на эти явления не было. И только в 1865 г. Дж. Максвелл (1831 – 1879 гг.) разработал теорию электромагнитного поля. Суть ее сводилась 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 было введено понятие новой реальности – электромагнитного поля. Электромагнитная теория не только изменила, но значительно расширила взгляды физиков на материю и привела к созданию электромагнитной картины мира.
В первой половине XIX века астрономы, используя более мощные телескопы, пытаются обнаружить годичное смещение звезд, что непосредственно доказывало справедливость гелиоцентризма. В 1837 Дж. Гершель и К. Пулье независимо друг от друга вычислили количество теплоты, приходящей от Солнца на единицу земной поверхности за единицу времени.
Открытие фотографии и спектрального анализа, эффекта Допплера, создание статической термодинамики обусловили возникновение во второй половине XIX века и бурное развитие астрофизики, изучающей все многообразие физических явлений во Вселенной. Развитию астрофизики в определенной степени способствовал анализ космологических парадоксов, возникших при экстраполяции (распространении) законов классической физики на всю Вселенную.
Ключевой проблемой астрофизики в этот период была проблема строения звезд и источников их энергии. Однако для ее решения нужны были принципиально новые физические представления
В XIX в. продолжалось развитие химической науки. Английский ученый Дж. Дальтон разработал атомно-молекулярное учение. Он ввел в химию представление об относительной атомной массе, которая впоследствии стала основной количественной характеристикой атомов. Дальтон составил первую таблицу относительных и молекулярных масс веществ.
Большое значение для становления химии как науки имели результаты работ ученого по развитию «химического языка» – изображению атомов различных элементов и молекул сложных веществ с помощью специальных символов.
В 40-е гг. XIX в. было создано учение о гомологии – закономерном изменении свойств органических соединений в зависимости от их состава.
Поистине эпохальным событием в химической науке стало открытие в 1869 г. периодического закона химических элементов русским ученым Д. И. Менделеевым (1834 – 1907 гг.). Он стал одним из фундаментальных законов природы. Согласно этому закону, «свойства элементов, а также свойства образованных ими соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер».
В 1861 г. русский химик А.М. Бутлеров (1828 – 1886 гг.) завершил разработку теории химического строения, основанной на учении о валентности и химической связи. Она способствовала возникновению новых отраслей химической промышленности, а также заложила основы стереохимии – теории пространственного строения органических соединений. Немецкий химик Ф. Кекуле определил в 1861 г. органическую химию как химию соединений углерода.
Окончательное утверждение атомно-молекулярного учения во второй половине ХIX в. обусловило изменение представлений не только о молекуле, но и об атоме.
В области биологии первая половина XIX в. ознаменовалась становлением эволюционного учения. Французский ученый Ж.Б. Ламарк (1744 – 1849 гг.) в своей работе «Философия зоологии» высказал мысль о том, что высшие животные произошли от низших в процессе эволюции. Однако он ошибочно полагал, что главная причина развития – это внутренне присущее живым организмам стремление к самосовершенствованию, заложенное в них творцом.
Во второй половине XIX в. английский ученый Ч. Дарвин (1809 – 1882 гг.) довел до завершения процесс поисков способов конкретизации идеи эволюции, создал первую фундаментальную теорию в биологии – теорию естественного отбора и заложил основы научной биологии.
Дарвин придавал исключительное значение таким известным до него факторам эволюции живой природы, как наследственность и изменчивость. Но в отличие от своих предшественников он понимал, что изменчивость, наследственность и приспособляемость нельзя связывать непосредственно. В цепь наследственность-изменчивость он ввел два посредствующих звена – борьба за существование и естественный отбор. Тезис о естественном отборе стал ведущим принципом дарвиновской теории, который позволяет разграничивать дарвинистские и недарвинистские концепции эволюции.
В 1865 г. чешский исследователь Г. Мендель экспериментально доказал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами, названными позднее В. Йогансеном «генами». Он сформулировал три закона наследования признаков. Однако они оставались неизвестными для научного сообщества вплоть до их переоткрытия в 1900 г.
Вступление биологии в XX в. ознаменовалось появлением генетики в концеXIX – началеXX в.в.
В середине 90-х гг. ХIX в. началась новейшая глобальная научная революция в неклассическом естествознании.
В течение чрезвычайно короткого исторического периода, охватившего последние годы XIX в. и первые десятилетия XX в., были открыты рентгеновские лучи, первая элементарная частица – электрон, естественная радиоактивность, радиоактивные элементы – полоний и радий.
С 1903 г. начинается моделирование атома. Первой была предложена электромагнитная модель (Д. Томпсон), затем планетарная модель (Э. Резерфорд). Позже появилась теория строения атома (Н. Бор). Она была основана на квантовой гипотезе М. Планка, согласно которой испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями – квантами.
Опираясь на эту же гипотезу, А. Эйнштейн в1905 г. сумел обосновать природу фотоэффекта. Каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта или фотона, который при этом теряет свою энергию. Это свидетельствовало о корпускулярных свойствах материи. Однако вскоре выяснилось, что определить энергию фотона (частицы света, не обладающей массой покоя) можно было, только представляя его себе в виде волны с соответствующей длиной и частотой.
В 1924 г. французский ученым Л. де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. Она стала принципиальной основой новой физической картины мира – квантово-полевой.
Таким образом, революции в естествознании ХIХ – ХХ вв. поколебали убежденность ученых в универсальности законов классической механики. Начался новый этап в развитии естествознания, получивший название неклассического, выдвинувший идеи и предложивший собственные методы исследования.
В XX в. естествознание развивалось невероятно большими темпами. Его развитие стимулировалось потребностями практики. Быстро развивающаяся промышленность требовала внедрения новых технологий, в основе которых лежало естественнонаучное знание.
В XX веке произошла научно-техническая революция (НТР), суть которой заключалась в превращении науки в непосредственную производительную силу общества. Наука начинает доминировать в промышленности и сельском хозяйстве и определять пути дальнейшего развития техники. С небывалой скоростью увеличивается количество научных открытий и научной информации, а также возрастает число людей, занятых в науке.
Среди исторических предпосылок НТР важнейшей выступает научная революция в естествознании, имевшая место на рубеже XIX – XX вв. В результате этой революции возник ряд новых фундаментальных наук и теорий – квантовая механика, теория относительности, атомная физика, генетика и др.
На начальном этапе развития НТР важнейшей ее чертой стала автоматизация производственных процессов – появление еще одного звена в машине, осуществляющего непосредственный контроль за ее работой.
НТР развивалась сразу же по нескольким направлениям, и успехи, достигнутые ею, были огромны. Среди этих направлений обычно выделяют: переход к разработке и применение различных видов немеханических технологий; возникновение биотехнологий и генной инженерии; широкое использование атомной энергетики; получение новых материалов с заранее заданными свойствами; возникновение космонавтики, превращение космического корабля в лабораторию для проведения экспериментов и наблюдений, имеющих значение для науки и производства; кибернетизация различных сфер деятельности человека, появление ЭВМ.
В конце 70-х гг. во всем мире началась компьютерная революция, которая воплотила в себе все новейшие достижения и всю глубину НТР. Превращение науки в массовую специальность, дифференциация и интеграция наук, необозримое расширение поля научных исследований привели к небывалому росту знания и еще гораздо большему росту потоков информации в обществе во всех сферах – в науке, на производстве, в управлении. В современном мире знания, преобразованные в информацию, представляют собой национальное богатство, национальный капитал, способный приносить немалую прибыль. Поэтому важным становится умение управлять информацией. Сегодня научно-технический прогресс и развитие всего общества в значительной степени зависит от наличия информации и скорости ее переработки.
В физике исследования велись по трем основным направлениям: изучение микромира (микрофизика), макромира (макрофизика) и мегамира (астрофизика). После выдающихся открытий конца XIX – начала XX в. (рентгеновские лучи, электрон, радиоактивность) в физике продолжались исследования атомов. Важнейшим направлением становится выяснение структуры атомов. Одна за другой стали появляться электронные модели атома В. Кельвина, Ф. Ленарда, Г. Нагаоки, Дж. Томпсона. Эти модели были результатами теоретических (математических) построений и имели формальный характер. В 1911 г. Э. Резерфордом была высказана идея о существовании в атоме массивного заряженного тела – ядра. После того, как Н. Бор с помощью квантовой теории устранил противоречие резерфордовской модели атома, ядерная модель Резерфорда – Бора стала основным понятием новой атомистики.
В 1932 г. Дж. Чедвиком был открыт нейтрон, следствием чего явилась замена протонно-электронной модели ядра, оказавшейся неверной, современными представлениями о протонно-нейтронной модели ядра. В 1938 г. было установлено деление ядра атома, стало возможным получение ядерной энергии.
После открытия электрона, протона, фотона, нейтрона было установлено существование большого количества элементарных частиц. Среди них называют позитрон, мезоны, гипероны, частицы резонансы, нейтрино и антинейтрино. Приблизительно в 1963-64 гг. появилась гипотеза о существовании кварков – частиц, обладающих дробными электрическими зарядами, что не свойственно какой-либо микрочастице.
Исследования в микрофизике опровергли представление о «неизменности», «неделимости» атомов.
В XX в.астрофизика становится общепризнанной отраслью науки, в которой сливается воедино работа лаборатории и обсерватории. С момента своего возникновения астрофизика отличается от физики тем, что исследует структуры не только в пространстве, но и во времени.
Современная космология начала складываться в 20-е годыXX в. на основе общей теории относительности Эйнштейна. Следствием данной теории явились положения о кривизне пространства и связи кривизны с плотностью массы (энергии), ставшие постулатами современной релятивистской космологии. В 1922 г. А.А. Фридман решил уравнение общей теории относительности для замкнутой расширяющейся Вселенной и установил, что искривленное пространство не может быть стационарным. Уравнения Фридмана теоретически обосновали нестационарность Вселенной. Открытие в 1929 году «красного смещения» американского астронома Э. Хаббла подтвердило теоретические построения Фридмана результатами наблюдений.
В 1965 г. американские ученые А. Пензиас и Р. Вилсон с помощью радиотелескопа открыли фоновое радиоизлучение, названное советским ученым И.С. Шкловским реликтовым. Реликтовое радиоизлучение образовалось на раннем этапе существования Вселенной, когда ей было всего около 3 млн. лет.
Два экспериментально установленных положения – расширение Вселенной и реликтовое излучение – являются убедительными доводами в пользу так называемой теории «большого взрыва», ставшей теперь общепризнанной. Так был преодолен взгляд на Вселенную как на нечто статическое, не изменяющееся.
Химия как наука о превращении веществ тесно связана с физикой. Долгое время химия была описательной наукой, которая занималась изучением и описанием свойств химических элементов и их соединений. Только в конце XIX в. происходит превращение химии в теоретическую науку, исследующую причины и механизм превращения веществ, были открыты фундаментальные законы и созданы обобщающие теории.
В настоящее время развитие химии имеет ряд характерных черт. Во-первых, это размывание между основными разделами химии. Например, существует множество соединений, которые нельзя однозначно причислить к органическим или неорганическим. Во-вторых, развитие исследований на стыке физики и химии породило большое число самостоятельных научных дисциплин (например, термохимию, электрохимию, радиохимию, т.д.). В-третьих, в результате интеграции химии с биологией, геологией, космологией возникли биохимия, геохимия.
Одной из важных задач современной химии является предсказание условий синтеза веществ с заранее заданными свойствами и определение их физических и химических параметров.Среди основных направлений современной химии выделяют: неорганическую химию, органическую, физическую, аналитическую и химию высокомолекулярных соединений.
Во второй половине XX в. произошла «биологическая революция», положившая начало новым исследованиям в биологии, важное место в системе которой стала занимать генная инженерия. В основе генной инженерии лежит знание о свойствах ДНК, полученное благодаря исследованиям в области молекулярной генетики, занимающейся расшифровкой генетического кода. Молекулярная биология за короткий срок достигла огромных успехов: была установлена природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования; полностью расшифрован генетический код, исследованы механизмы получения белка в клетке.
В области молекулярной биологии ученые О. Эвери, К. Маклеод и М. Маккарти установили, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Затем Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. произвели расшифровку молекулы ДНК. Они создали модель пространственной структуры ДНК, напоминающую двойную спираль. С тех пор акцент научных исследований переместился на изучение молекулярной основы генетического разнообразия и разработку методов получения новых сочетаний генов. Эта методика открыла простор для генной инженерии и привела к созданию трансгенных организмов, т.е. организмов, в генетический материал которых был искусственно введен фрагмент ДНК из другого, неродственного организма. Такие методы уже используются в производстве инсулина, интерферона (белки, способные подавлять размножение вирусов) и гормона роста человека.
Наука в XX веке изменяет не только сферу производства, но и быт. Радио, телевидение, магнитофоны, компьютеры становятся обиходными вещами. Наука превратилась сегодня в решающий фактор всех общественных перемен.
Вывод. Зарождение знаний происходит на ранних ступенях цивилизационного развития (Древний Восток, Античность). В эпоху Средневековьянаука представляла собой своеобразное промежуточное звено между натурфилософией и техническим ремеслом, которое служило фундаментом для становления экспериментального знания. Фомирование классического естествознания, начавшееся в эпоху Нового времени, завершилось к XIX в. переходом к новому состоянию естествознания – дисциплинарно организованной науке.В XX векенаукапревращается в непосредственную производительную силу общества, она начинает доминировать в промышленности и сельском хозяйстве, определять пути дальнейшего развития техники. С небывалой скоростью увеличивается количество научных открытий и научной информации, возрастает число людей, занятых в науке. Сегодня наука играет ключевую роль во всех сферах жизни общества.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы особенности древних форм знания?
2. Какие условия способствовали зарождению науки в Античной Греции?
3. В чем состоят основные достижения античной науки?
4. Какую роль сыграло учение Аристотеля в развитии средневековой науки?
5. Какова роль средневековой схоластики в развитии европейской науки?
6. В чем состояла программа универсального научного метода, выдвинутая Р.Декартом?
7. Какие основные темы развивала гуманитарная наука начала Нового времени?
8. В чем состоит революционное значение квантово-релятивистской физики?
9. Охарактеризуйте тенденции развития естествознания в XIXвеке.
10. Каковы основные черты неклассической науки XX века?
