Новое время. Научная революция XVII века: этапы, структура, герои, результаты

Общепринятым считается положение о том, что именно в XVII в. возникла европейская наука (прежде всего это относится к классическому естествознанию), причем "в начале века ее еще не было, в конце века она уже была". Характерно, что возникла она сразу во взаимосвязи всех составляющих: теоретического знания, его логического обоснования и математического описания, экспериментальной проверки, социальной структуры с сетью научных коммуникаций и общественным применением.

География этого процесса включает немало европейских стран и городов, но представляется возможным выделение Италии в начале, и Англии в конце периода, как его "главных" научных центров.

Условно могут быть выделены три этапа становления науки. Первый, связанный, прежде всего, с деятельностью Г. Галилея – формирование новой научной парадигмы; второй – с Р. Декартом – формирование теоретико-методологических основ новой науки; и третий – "главным" героем которого был И. Ньютон, – полное завершение новой научной парадигмы – начало современной науки. И хотя не все согласны с определением "научная революция", впервые введенным в 1939 г. А. Койре, все сходятся в том, что именно в XVII в. была создана классическая наука современного типа.

На вопрос: "Почему возникает наука?" – вряд ли возможно дать исчерпывающий ответ, но вполне можно проследить и описать механизм возникновения этого явления. Познавательной моделью античности был Мир как Космос; и мыслителей волновала скорее проблема идеальной, чем "реальной" природы. Познавательной моделью средневековья был Мир как Текст; и "реальная" природа также мало заботила схоластов. Познавательной моделью Нового времени стал Мир как Природа. Разработка общезначимой процедуры "вопрошания" – эксперимента и создания специального научного языка описания диалога с Природой – составляет главное содержание научной революции.

"Старый" и "новый" космос" Старый космос" – это мир "по Аристотелю и Птолемею": он имеет шаровидную форму, вечен и неподвижен; за его пределами нет ни времени, ни пространства; в центре его – Земля; он дихотомичен: изменяющийся подлунный мир и совершенно неизменный надлунный; пустоты нет: в подлунном мире – 4 элемента (земля, вода, воздух, огонь), в надлунном – эфир; все движения в космосе – круговые, в соответствии с кинематикой Птолемея. "Новый космос" (по Копернику) начинался с простой модели, совпадавшей с моделью Аристарха Самосского: вращение Земли происходило вокруг оси; центральное положение Солнца – внутри планетной системы; Земля – планета, вокруг которой вращается Луна. Именно эта модель, как пифагорейский символ гармоничного мира вдохновляла и самого Коперника, Галилея, и Кеплера, поскольку соответствовала астрономическим наблюдениям лучше, чем геоцентрическая модель Птолемея. Очень мощным оказался удар этой модели по христианскому мировоззрению – недаром Мартин Лютер и Джон Донн в своей сатирической поэме "Святой Игнатий, его тайный совет…" всячески поносили католического священника Коперника: он, "остановив Солнце", лишил Землю сакральности центра мироздания.

Наблюдательная астрономия. Высшего совершенства в наблюдательной астрономии в "дотелескопическую эпоху" достиг, несомненно, Тихо Браге (1546 – 1601), помощником и, в определенной мере, научным наследником которого был Иоганн Кеплер (1571 – 1630). На основе наблюдений Браге составил каталог 777 звезд, причем координаты 21 опорной звезды были им определены с особой тщательностью. Ошибка при определении положений звезд не превышала одной минуты, а для опорных звезд – еще меньше. Позднее список звезд был доведен до 1000.Самым революционным в науке было наблюдение Тихо Браге появления новой звезды в созвездии Кассиопеи 11 ноября 1572 г. Тихо Браге не только зафиксировал это явление, но и строго научно его описал. Совершеннейший надлунный мир Аристотеля получил еще один сильнейший удар.

Новая модель мира. Первый "рабочий чертеж" новой модели мира суждено было выполнить Иоганну Кеплеру, на которого с детства выпало столько личных несчастий, что трудно найти более тяжелую судьбу. Кеплер был открытым и последовательным пифагорейцем и совершенство своей астрономической модели искал (и нашел!) в сочетании правильных многогранников и описывавших их окружностей, правда, нашел их в своей третьей геометрической модели, отказавшись при этом от круговой орбиты небесных тел.

В книге "Новая астрономия, основанная на причинных связях, Или физика неба, выведенная из изучения движений звезд звезды Марс, основанных на наблюдениях благородного Тихо Браге", завершенной в 1607 г. и опубликованной двумя годами позже, Кеплер привел два из своих знаменитых трех законов движения планет: Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем линия, соединяющая Солнце с планетой (радиус-вектор планеты), за равные промежутки времени описывает равные площади. В 1618 г. Кеплер обнародовал свой третий закон планетных движений: Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся как кубы больших полуосей их орбит.

Кеплер не смог объяснить причины планетных движений: он считал, что их "толкает" Солнце, испуская при своем вращении особые частицы (species immateriata).Кеплеровский закон площадей – это первое математическое описание планетарных движений, исключившее принцип равномерного движения по окружности как первооснову. Более того, он впервые выразил связь между мгновенными значениями непрерывно изменяющихся величин (угловой скорости планеты относительно Солнца и ее расстояния до него). Этот "мгновенный" метод описания, который Кеплер впоследствии вполне осознано использовал при анализе движения Марса, стал одним из выдающихся принципиальных достижений науки XVII в. – методом дифференциального исчисления, оформленного Г. Лейбницем и И. Ньютоном.

Кеплер заложил первый камень (вторым стала механика Галилея) в фундамент, на котором покоится теория Ньютона.

Космология и механика Галилея. У Галилео Галилея (1564 – 1642) впервые связь космологии с наукой о движении приобрела осознанный характер, что и стало основой создания научной механики. Первоначально (до 1610 г.) Галилеем были открыты законы механики, но первые публикации и трагические моменты его жизни были связаны с менее оригинальными работами по космологии. Изобретение в 1608 г. голландцем Хансом Липперсхеем, изготовителем очков, телескопа (правда, не предназначавшегося для астрономических целей), дало возможность Галилею, усовершенствовав его, в январе 1610 г. "открыть новую астрономическую эру".Оказалось, что Луна покрыта горами, Млечный путь состоит из звезд, Юпитер окружен четырьмя спутниками и т.д. "Аристотелевский мир" рухнул окончательно. Вместе с тем, Галилей не создал цельной системы.

Новая механика. В 1638 г. вышла последняя книга Г. Галилея "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению...", в которой он касался проблем, решенных им за 30 лет до этого. Механика Галилея дает идеализированное описание движения тел вблизи поверхности Земли, пренебрегая сопротивлением воздуха, кривизной земной поверхности и зависимостью ускорения свободного падения от высоты.

В основе "теории" Галилея лежат четыре простые аксиомы (правда, в явном виде Галилеем не сформулированные):

Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью (сегодня – закон инерции, или первый закон Ньютона).

Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением. dV = gdt, где dV – приращение скорости, происходящее за интервал времени dt, а g – постоянное ускорение cвободного падения. Тогда скорость V свободно падающего тела в момент t будет равна V = g(t-t0)+ V0, где Vо – скорость тела в начальный момент времени.

Тело, скользящее без трения по наклонной плоскости, движется с постоянным ускорением g sinQ. Где Q – угол наклона плоскости к горизонту. V2 = 2(g sinQ)d, где d = h/sinQ, h – высота, с которой тело начало двигаться, так что V2 = 2gh.

Галилей чрезвычайно гордился этой формулой, поскольку она позволяла определять скорость с помощью геометрии.

Принцип относительности Галилея и движение снарядов ("Преобразования Галилея").

Траектория снаряда описывается уравнением параболы: y = y0 +(Vy/Vx)x-1/2(g/Vx2)x2, где y0 – высота вылетевшего снаряда; Vx- его горизонтальная скорость; Vy – вертикальная скорость.

Философско-методологическая манифестация научной революции. Только спустя несколько веков оказалось возможным выделить какие-либо тенденции в XVII в. "Внутри" же него процессы были мало связаны друг с другом. Мощное эмпирическое движение в естествознании зародилось само по себе – оно отвечало какой-то внутренней потребности познания; философско-методологическое осознание этого "внутреннего движения" развивалось также само собой, и то, что сегодня мы видим их тождественность – весомый аргумент в обосновании научности как таковой.

Первыми "концептуалистами" Нового времени принято считать Фрэнсиса Бэкона (1561 – 1626) и Рене Декарта (1596 – 1650).

Бэкону принадлежит провозглашение главенства метода индукции.

Декарт несравненно более глубокий мыслитель – основатель философии Нового времени. В отличие от Бэкона, Декарт ищет обоснование знания не столько в сфере его практической реализации, сколько в сфере самого знания. Поэтому в центре методологических размышлений ("сомнений") Декарта – мысль и сам Человек. Три положения механики Декарта важны для понимания последующей философии естествознания: в мире отсутствует пустота, Вселенная наполнена материей (и вся она в непрерывном движении), материя и пространство суть одно. Не существует абсолютной системы отсчета, а следовательно, и абсолютного движения. Р. Декарт явился типичным представителем ятрофизики – направления в естествознании, рассматривавшее живую природу с позиций физики.

Дальнейшее развитие это направление получило в работах итальянского анатома Джованни Борелли (1608-1679) – основоположника ятромеханики, которое в последствии выросло в биомеханику. С позиций ятрофизики и ятромеханики живой организм подобен машине, в которой все процессы можно объяснить при помощи математики и механики. (Подобно ятрофизике широкое развитие получила и ятрохимия – направление, представляющее все процессы, совершающиеся в организме – химическими.)

Новая картина мира. К концу XVII в. "Новый космос", новая картина мира, что и было когнитивной сутью науки, была полностью создана. ("Ньютоновская физика была... спущена с Небес на Землю по наклонной плоскости Галилея", Анри Бергсон). Ее архитектором и прорабом стал Исаак Ньютон (1643 – 1727).

Роль Ньютона в истории науки удивительна. Многое, чем он занимался, что он описал, в частности, в знаменитых "Математических началах натуральной философии" (первое издание вышло в 1687 г. под наблюдением Э. Галлея) было раньше высказано и описано другими. Например, в частных экспериментах и рассуждениях Х.Гюйгенс (1629 – 1695) фактически использовал основные положения, которые позднее легли в основу теории Ньютона:

Пропорциональность веса тела G его массе m; (G = mg).

Соотношение между приложенной силой, массой и ускорением (F = ma).

Равенство действия и противодействия.

В истории известны не всегда красивые приоритетные споры, героем которых был Ньютон (чего стоит один спор с Лейбницем). Но все это не умаляет величие научного подвига Ньютона. Он показал себя настоящим Мастером, который не столько обобщал, сколько создавал оригинальную новую концепцию мира.

Основные положения теории Ньютона У Ньютона, также как и у Галилея, слились космология и механика (правда, без философии – "гипотез не измышляю"), главными положениями которых стали следующии: Понятие движущей силы – высшей по отношению к телу (любому: снаряду или Луне, например), которая может быть измерена по изменению движения (его производной). При этом Ньютон понял, что сила, скорость и ускорение представляют собой векторные величины, а законы движения должны описываться как соотношения между векторами.

Наиболее полно все это выражается вторым законом Ньютона: "Ускорение "a", сообщаемое телу массы "m", прямо пропорционально приложенной силе "F" и обратно пропорционально массе "m", т.е. "F = ma".

Введено понятие инерции, которая изначально присуща материи и измеряется ее количеством.

Первый закон Ньютона гласит: "Если бы на тело не действовало никаких сил вообще, то оно после того, как ему сообщили начальную скорость, продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно и прямолинейно". Следовательно, никаких свободных движений нет, а любое криволинейное движение возможно лишь под действием силы.

Введено понятие соотношения гравитационной и инертной масс (они прямо пропорциональны друг другу).

Отсюда следует обоснование тяготения как универсальной силы, а также третий закон Ньютона: "Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположно направленное, или, иными словами, взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению".

Особое место в размышлениях Ньютона принадлежит поиску адекватного количественного (математического) описания движения. Отсюда берет начало новый раздел математики, который Ньютон назвал "методом начальных и конечных отношений" (дифференциальное исчисление).

Исследуя движения по некруговой орбите, Ньютон рассматривал его как постоянно "падающее". При этом он ввел понятие "предельное отношение", основанное на интуитивном представлении о движении, так же, как евклидовы понятия "точки" и "линии" основаны на интуитивном восприятии пространства – это своего рода кванты движения.

Важное значение при этом имеют те "предельные отношения", которые характеризуют скорость изменения каких-либо величин (т.е. изменения в зависимости от времени). Ньютон назвал их "флюксиями" (сейчас – производные). Вторая производная при этом звучала как "флюксия от флюксий", что особенно возмущало одного из критиков Ньютона епископа Дж. Беркли, который считал это нелепым изобретением, подобным призраку призрака.

В "тени" Ньютона несколько теряются фигуры других выдающихся исследователей и мыслителей XVII в. Прежде всего, следует отметить Готфрида Лейбница (1646-1716) и упомянуть его значительно более глубокое, чем у Ньютона, осмысление понятия дифференциала как общенаучного термина (сам термин принадлежит Лейбницу), как собственно научного метода, а не только языка научного описания конкретного научного факта; и указать его удивительную теорию – "Монадологию" – о своеобразных квантах – "монадах" бытия.

Отдельно упоминания заслуживают понятия абсолютного ("пустого") пространства, в котором находятся сосредоточенные массы (с их взаимным дальнодействием и единым центром масс); и абсолютного же времени с начальной точкой отсчета (полностью обратимого, поскольку перемена знака времени в формулах механики не меняет их вида и смысла).

Теория Ньютона – простая, ясная, легко проверяемая и наглядная – стала фундаментом всего "классического естествознания", механической картиной мира и философии, интегральным выражением и критерием самого понимания научности на более чем 200 лет. Не утратила она своего значения и сегодня.

Социальная сторона научной революции XVII века. Рассмотрение истории научной революции XVII в. не может быть исчерпано лишь ее когнитивной стороной. В XVII в. наука стала частью социальной системы.

С самого начала века во многих странах появляется множество «миниакадемий», например, флорентийская Академия деи Линчеи, знаменитым членом которой был Г. Галилей. Во второй половине века возникают "большие" академии – сообщества профессиональных ученых. В 1660 г. организованный в частной лондонской научно-исследовательской лаборатории современного типа кружок, куда входили Роберт Бойль ( 1627 – 1691), Кристофер Рен (1632 – 1723), Джон Валлис, Вильям Нейл и другие, был преобразован в "Лондонское королевское общество для развития знаний о природе" (Royal Society of London for Improving Natural Knowledge). Ньютон стал членом этого общества в 1672 г., а с 1703 г. – его президентом. С 1664 г. общество стало регулярно печатать свои труды – "Philosophical Transactions".

В 1666 г., также путем преобразования подобного кружка, была организована Академия наук в Париже.

Становление науки выражало стремление к осмыслению мира, с одной стороны; с другой – стимулировало развитие подобных процессов в различных сферах общественной жизни. Огромный вклад в развитие правосознания, идей веротерпимости и свободы совести внесли такие философы XVI – XVII вв., как М. Монтень (1533 – 1592), Б. Спиноза (1632 – 1677), Т. Гоббс (1588 – 1679), Дж. Локк (1632 – 1704) и др. Их усилиями разрабатывались концепции гражданского общества, общественного договора, обеспечения прав личности и многое другое.

Научное мышление позволяло выдвигать и обосновывать механизмы реализации этих концепций. В этом контексте ключевой является оценка Локком (друг Ньютона и член Лондонского королевского общества) парламента как социальной научной лаборатории, способствующей поиску, изобретению и реализации новых и эффективных форм синтеза частных интересов граждан, включая интерес государства.

Краткий научный итог XVII века. Старый Космос устарел и был разрушен. В новой картине мира, которая заменила старый Космос, не было ничего живого и неопределенного и, казалось, все можно было рассчитать ("кеплеровский детерминизм"). Наука обрела свои механизмы и процедуры конструирования теоретического знания, проверки и самопроверки, свой язык, прежде всего, в математической его форме, ставший "плотью" метода. Наука стала социальной системой – появились свои профессиональные организации, печатные органы, целая инфраструктура (включая специальный инструментарий). В науке возникли свои нормы и правила поведения, каналы коммуникации. Наука через распространение принципов научности становится мощной интеллектуальной силой – школой "правильного" мышления, – влияющей на специальные процессы в самых различных формах.

Вырастая из мистицизма, наука постепенно преодолевала его.

Научная революция XVII века (Выводы)

Основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Галилеем. Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание. Исходной посылкой было выдвижение аргумента, что для формулирования четких суждений относительно природы ученым надлежит учитывать только объективные – поддающиеся точному измерению свойства, тогда как свойства, просто доступные восприятию, следует оставить без внимания как субъективные и эфемерные.

Галилей разработал динамику – науку о движении тел под действием приложенных сил. Он сформулировал первые законы свободного падения тел, дал строгую формулировку понятий скорости и ускорения, осознал решающее значение свойства движения тел, в будущем названного инерцией. Очень ценна была высказанная им идея относительности движения. Философское и методологическое значение законов механики, открытых Галилеем, было огромным, ибо впервые в истории человеческой мысли было сформулировано само понятие физического закона в современном значении. Законы механики Галилея вместе с его астрономическими открытиями подводили физическую базу под теорию Коперника.

Завершить коперниковскую революцию выпало Ньютону. Он доказал существование тяготения как универсальной силы – силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. Заслуга Ньютона была в том, что он соединил механистическую философию Декарта, законы Кеплера о движении планет и законы Галилея о земном движении, сведя их в единую всеобъемлющую теорию. После целого ряда математических открытий Ньютон установил: для того чтобы планеты удерживались на устойчивых орбитах с соответственными скоростями и на соответствующих расстояниях, определяющихся третьим законом Кеплера, их должна притягивать к Солнцу некая сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца; этому закону подчиняются и тела, падающие на Землю (это касалось не только камней, но и Луны – как земных, так и небесных явлений). Кроме того, Ньютон математическим путем вывел на основании этого закона эллиптическую форму планетных орбит и перемену их скоростей, следуя определениям первого и второго закона Кеплера. Был получен ответ на важнейшие космологические вопросы, стоящие перед сторонниками Коперника, – что побуждает планеты к движению, как им удается удерживаться в пределах своих орбит, почему тяжелые предметы падают на Землю? – и разрешен спор об устройстве Вселенной и о соотношении небесного и земного. Коперниковская гипотеза породила потребность в новой, всеобъемлющей и самостоятельной космологии и отныне ее обрела.

С помощью трех законов движения (закон инерции, закон ускорения и закон равного противодействия) и закона всемирного тяготения Ньютон не только подвел научный фундамент под законы Кеплера, но и объяснил морские приливы, орбиты движения комет, траекторию движения пушечных ядер и прочих метательных снарядов. Все известные явления небесной и земной механики были теперь сведены под единый свод физических законов. Было найдено подтверждение взглядам Декарта, считавшего, что природа есть совершенным образом упорядоченный механизм, подчиняющийся математическим законам и постижимый наукой.

Крупнейшим достижением научной революции стало крушение антично-средневековой картины мира и формирование новых черт мировоззрения, позволивших создать науку Нового времени. Основу естественнонаучной идеологии составили следующие представления и подходы:

натурализм – идея самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами;

механицизм – представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности; отказ от доминировавшего ранее символически-иерархического подхода, представлявшего каждый элемент мира как органическую часть целостного бытия;

квантитативизм – универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья;

причинно-следственный автоматизм – жесткая детерминация всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики;

аналитизм – примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья;

геометризм – утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума.

Вторым важнейшим итогом научной революции стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Еще одним результатом научной революции стало утверждение гипотетико-дедуктивной методики познания. Основу этого метода, составляющего ядро современного естествознания, образует логический вывод утверждений из принятых гипотез и последующая их эмпирическая проверка.