Становление и основные характеристики классической науки и научной картины мира в Новое время

В динамике научного знания особую роль играют периоды развития, связанные с коренными изменениями оснований науки: закономерностей, теорий, методов, научной картины мира. Эти периоды называются научными революциями.

Формирование естествознания как определенной системы знания начинается примерно в XVI-XVII вв. с периода научной революции Нового времени. Революционные изменения затронули все сферы жизнедеятельности общества.

В экономике происходила замена натурального хозяйства товарно-денежным производством, что сопровождается значительным усовершенствованием техники и организации производства. К этому времени изобретены и нашли широкое применение мануфактура с ее разделением труда, телескоп, часы, огнестрельное оружие, подъемные механизмы, станки, приборы. В политике нарастает борьба третьего сословия за право неприкосновенности личности и собственности, за свободу хозяйствования и торговли, за доступ к управлению государством. Это борьба вылилась в ряд ранних буржуазных революций.

В сфере духовной культуры самым важным в это время было осуществление религиозной Реформации. Реформация — широкие религиозные движения за утверждение права человека самому, без посредства церкви, усваивать религиозные истины и общаться с Богом. Реформация способствовала раскрепощению умов, утверждала идеи о праве человека на самостоятельный поиск истины и ценностей жизни.

Но доминантой духовной жизни того времени становится новое, экспериментально-математическое исследование природы. На основании работ Г. Галилея и П. Гассенди, Р. Декарта и И. Ньютона сформировалась классическая наука.

Особая роль в возникновении классической и современной науки отводится Г. Галилею (1564-1642). В центре его научных интересов стояла проблема движения. Открытие принципа инерции, исследование им свободного падения тел имели большое значение для становления механики как науки. Галилей заложил основы математической физики, обосновал положение объективности познания природы посредством количественных методов. Он считал, что ученым необходимо учитывать только поддающиеся точному измерению свойства: размер, форму, количество, вес, движение. Галилей впервые сформулировал требования к научному эксперименту, состоящие в устранении побочных обстоятельств, в умении видеть главное отвлечься от несущественного.

Галилей считал возможным полностью заменить традиционную логику математикой, которая только и способна учить человека искусству доказательства. Галилей сформулировал закон инерции, принцип относительности движения, закон свободного падения тел. Однако их нельзя в чистом виде доказать экспериментально, и ученый использует мысленный эксперимент, т.е. идеализацию предельного случая реальной ситуации. В случае закона инерции идеализация заключается в исключении сил тяготения.

Его открытия легли в основу гелиоцентрической системы Коперника. Сделанная им зрительная труба увеличивала объекты в 32 раза и позволяла рассмотреть неровности Луны. Галилей опубликовал свою основную работу «Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой» (февраль 1963 г.). Работа была написана, когда концепция Коперника была запрещена. Ученый выбрал форму диалога, чтобы не быть ответственным за взгляды спорщиков, однако его поддержка коперниковой системы была безусловной, и вскоре Галилей был арестован и осужден. Только в 1971 г. католическая церковь отменила решение об осуждении Галилея.

В результате открытий Галилея произошли важные мировоззренческие сдвиги в сознании людей той эпохи. Человек стал понимать, что Земля не является центром мира. Она — одна из планет. Возможно существование и другого разумного существа. Возникает сомнение, что человек находится в бесконечной Вселенной на вершине иерархии.

Иоганн Кеплер (1571-1630 г.) установил три закона движения планет относительно Солнца. Кроме того, он предложил теорию солнечных и лунных затмений и способы их предсказания, уточнил расстояние между Землей и Солнцем и др. Но Кеплер не объяснил причины движения планет, ибо динамика — учение о силах и их взаимодействии — была создана позже Ньютоном.

И. Ньютон (1643-1727) — ученый, с именем которого связано завершение научной революции. Соединив механистическую философию Декарта, законы Кеплера о движении планет и законы Галилея о земном движении, Ньютон свел их в единую всеобъемлющую теорию (ньютоновскую механику). Довольно скоро и метод Ньютона, и его выводы стали признанной научной парадигмой. Ньютон стал родоначальником классической теоретической физики.

Он предвосхитил открытие и научное обоснование многих идей. Хотел объединить корпускулярные и волновые представления о свете. Двойственную (корпускулярно-волновую) природу света физика установила только в XX в.

Ньютон окончательно сформулировал три закона движения (закон инерции, закон ускорения и закон равного противодействия). В работе «Математические начала натуральной философии» (1687 г.) было дано систематическое изложение классической механики. В третьей части книги Ньютон изложил общую систему мира и небесную механику, в частности, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движения комет, возмущения в движении планет и другое, основываясь на законе всемирного тяготения.

Ньютон завершил построение классической научной картины природы, сформулировав основные идеи, принципы, законы, категории, составлявшие классическую картину мира. Доминирующую роль в данной картине мира имел механицизм — представление о мире как о машине, состоящей из элементов различной сложности. Такую природу-машину можно полностью описать законами механики.

Объекты природы рассматривались преимущественно в качестве малых систем (механических устройств). Малая система характеризуется относительно небольшим количеством элементов, их силовыми взаимодействиями и жестко детерминированными связями. Для их освоения достаточно полагать, что свойства целого полностью определяются состоянием и свойствами его частей. Объект представлялся как относительно устойчивое тело, а процесс — как перемещение тел в пространстве с течением времени.

Через все классическое естествознание, начиная с XVII в., проходит идея объективности научного знания, исключения субъекта из описания и объяснения объекта. Идеалом было построение абсолютно истинной картины природы, стремление к завершенной системе знания.

В конце XVIII — первой половине XIX вв. в науке произошли изменения, когда механическая картина мира утрачивает статус общенаучной. В биологии, химии и других областях знания формируются специфические картины реальности, несводимые к механической.

Например, в биологии и геологии возникают идеалы эволюционного объяснения, в то время как физика продолжает строить свои знания, абстрагируясь от идеи развития. Но и в ней, с разработкой теории поля начинают постепенно размываться ранее доминировавшие нормы механического объяснения. Все эти изменения затрагивали главным образом третий слой организации идеалов и норм исследования, выражающий специфику изучаемых объектов. Что же касается общих познавательных установок классической науки, то они еще сохраняются в данный исторический период.

Революция в естествознании конца XIХ — начала XX вв. Становление идей и методов в неклассической науке

В XIX в. стало очевидным, что законы ньютоновской механики уже не могли играть роли универсальных законов природы. В эту эпоху совершаются революционные открытия в различных областях знания: в физике (открытие делимости атома, становление релятивистской и квантовой теории), в космологии (концепция нестационарной Вселенной), в химии (квантовая химия), в биологии (становление генетики).

В электромагнитной картине мира, сформированной в середине XIX в., были вскрыты противоречия в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX — начале XX вв. Это подтвердили научные открытия.

В 1895-1896 гг. были открыты рентгеновские лучи, радиоактивность (Беккерель), радий (Мари и Пьер Кюри) и др. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу — электрон и понял, что электроны являются составными частями атомов всех веществ. Он предложил первую (электромагнитную) модель атомов, но она просуществовала недолго.

Немецкий физик М. Планк в 1900 г. ввел квант действия (постоянная Планка) и исходя из идеи квантов вывел закон излучения, названный его именем. Было установлено, что испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями (квантами). Квантовая теория Планка вошла в противоречие с теорией электродинамики Д. Максвелла. Возникли два несовместимых представления о материи: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц. Названные открытия опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом первичном кирпичике мироздания.

В 1911 г. Э. Резерфорд на основании наблюдений прохождения a-лучей через вещество предложил свою знаменитую модель атома. Атом состоит из атомного ядра, положительно заряженного и содержащего почти всю массу атома, и электронов, которые движутся вокруг ядра, подобно тому, как планеты движутся вокруг Солнца. Химическая связь между атомами различных элементов объясняется взаимодействием между внешними электронами соседних атомов. Эта модель, правда, не могла объяснить одну из самых характерных черт атома, а именно его удивительную устойчивость.

Объяснение этой необычной устойчивости было дано в 1913 г. Н. Бором путем применения квантовой гипотезы Планка к модели атома Резерфорда. Если атом может изменять свою энергию только прерывно, то это должно означать, что атом существует лишь в дискретных стационарных состояниях, низшее из которых есть нормальное состояние атома. Поэтому после любого взаимодействия атом в конечном счете всегда возвращается в это нормальное состояние.

Бор предполагал, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Они излучают ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и наоборот. Будучи исправлением и дополнением модели Э. Резерфорда, модель Н. Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда—Бора.

Весьма ощутимый «подрыв» классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905 г.), а затем и общую (1916 г.) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что, в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. При этом четырехмерное пространство-время, в котором отсутствуют силы тяготения, подчиняется соотношениям неевклидовой геометрии.

Французский физик де Бройль в 1924 г. попытался распространить дуализм волнового и корпускулярного описания и на элементарные частицы материи, в частности на электроны. Он показал, что движению электрона может соответствовать некоторая волна материи, так же как движению светового кванта соответствует световая волна. Конечно, в то время не было ясно, что означает в этой связи слово соответствовать. Де Бройль предложил объяснить условия квантовой теории Бора с помощью представления о волнах материи. Волна, движущаяся вокруг ядра атома, по геометрическим соображениям может быть только стационарной волной; длина орбиты должна быть кратной целому числу длин волн. Тем самым де Бройль предложил перекинуть мост от квантовых условий, которые оставались чуждым элементом в механике электронов, к дуализму волн и частиц. Вскоре, уже в 1925-1930 гг., эта гипотеза была подтверждена экспериментально в работах Э. Шредингера, В. Гейзенберга, М. Борна и других физиков.

Один из создателей квантовой механики немецкий физик В. Гейзенберг сформулировал соотношение неопределенностей (1927 г.). Этот принцип устанавливает невозможность (вследствие противоречивой, корпускулярно-волновой природы микрообъектов) одновременного точного определения их координаты и импульса (количества движения). Принцип неопределенности стал одним из фундаментальных принципов квантовой механики. В философско-методологическом отношении данный принцип есть объективная характеристика статистических (а не динамических) закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой. Принцип неопределенностей не отменяет причинность (она никуда не исчезает), а выражает ее в специфической форме — в форме статистических закономерностей и вероятностных зависимостей.

Все вышеназванные научные открытия кардинально изменили представление о мире и его законах, показали ограниченность классической механики. Последняя, разумеется, не исчезла, но обрела четкую сферу применения своих принципов — для характеристики медленных движений и больших масс объектов мира.

В процессе перечисленных научных открытий сформировалась неклассическая наука. В отличие от претензий на абсолютную истинность теории классической механики, в неклассическом естествознании сформировались представления об относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. Научное знание стало пониматься как относительноистинное, существующее во множестве теорий, содержащее элементы объективноистинного знания.

Результат познавательной деятельности в неклассической науке стал зависеть от средств и условий исследования объекта. Возникает деятельностный подход экспериментального исследования, когда специфика приборов, условий и исследователя влияет на проводимый эксперимент. Идеалом научного познания действительности в XVIII-XIX вв. было полное устранение познающего субъекта из научной картины мира, изображение мира самого по себе. Для естествознания XX в. характерна неотрывность субъекта, исследователя от объекта, зависимость знания от методов и средств его получения. Картина исследуемого мира определяется не только свойствами самого мира, но и характеристиками субъекта познания, его концептуальными, методологическими и иными элементами, его активностью. Особенно это касается физики. Картина реальности в физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса ее познания. Появляется принцип относительности к средствам наблюдения и условиям исследования.

Осознание границ естественно-научного познания привело к возрастанию роли философии в развитии естествознания и других наук. Это обстоятельство отмечали многие физики, в т.ч. В. Гейзенберг, М. Борн, А. Эйнштейн. В. Гейзенберг особо подчеркивал связь философии и современной физики в книге «Физика и философия. Часть и целое». В. Гейзенберг отмечал, что тупики теории элементарных частиц «обусловлены подчеркнутым нежеланием многих исследователей вдаваться в философию, тогда как в действительности эти люди бессознательно исходят из дурной философии и под влиянием ее предрассудков запутываются в неразумной постановке вопроса»².

Радикально изменились философские основания науки. Развитие квантово-релятивистской физики, биологии и кибернетики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, вещи, процесса, состояния и др. В процессе исследования объект рассматривается в неклассической науке как сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идеи несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Классический механический детерминизм, абсолютно исключающий элемент случайности из картины мира, сменился вероятностным детерминизмом. Возникает понятие «вероятностная причинность», которое расширяет смысл традиционного понимания данной категории.