Становление современного естествознания

Фундаментальные открытия второго класса построены  на основании неведения. Проблем, приведших к такого рода открытиям, в естествознании возникало не так уж и много, но их решения всякий раз означали огромный прогресс в развитии естествознания, науки и культуры в целом. Это такие фундаментальные научные теории и концепции, как гелиоцентрическая теория Н. Коперника, классическая механика И. Ньютона, генетика Г. Менделя, теория эволюции Ч. Дарвина, теория относительности А. Эйнштейна, квантовая механика.

Психологический контекст открытий

Говоря  о психологическом контексте  открытий этих двух классов, можно предположить, что он одинаков [34]. Самым приблизительным образом его можно характеризовать как непосредственное видение, открытие в полном смысле этого слова. По мнению Р. Декарта, исследователь как бы <вдруг> видит, что проблему нужно рассматривать именно так, а не иначе. Но открытие никогда не бывает мгновенным. Обычно сначала присутствует некое ощущение идеи. Потом она проясняется путем выведения из нее следствий, которые, как правило, уточняют идею. Затем из новой модификации выводятся новые следствия и т.д.

Выдвижение  новых фундаментальных принципов  всегда связывалось с деятельностью  гениев, с озарением, с какими-то тайными характеристиками человеческой психики. Обращаясь к истории  естествознания, мы видим, что такого рода открытия действительно осуществляются незаурядными людьми. Обратим внимание на тот факт, что многие открытия делали независимо друг от друга несколько ученых практически в одно время. Так, Ч. Дарвин впервые обнародовал свои идеи об эволюции видов в докладе, прочитанном в 1858 г. на заседании Линнеевского общества в Лондоне; на этом же заседании выступил и А.Р. Уоллес с изложением результатов исследований, которые по существу совпадали с дарвиновскими. Специальная теория относительности носит, как известно, имя А. Эйнштейна,

который изложил ее принципы в 1905 г. Но в том  же 1905 г. к подобным выводам пришел А. Пуанкаре. Совершенно удивительно <переоткрытие> менделевской генетики в 1900 г. одновременно и независимо друг от друга Э. Чермаком, К. Коррен-сом и X. Де Фризом. В истории естествознания можно найти множество похожих ситуаций. Таким образом, имеется историческая обусловленность фундаментальных открытий, что приводит к почти одновременному их открытию разными учеными.

Иногда  фундаментальные открытия самими учеными и их современниками трактуются как решения частных задач и не связываются с фундаментальными проблемами. Например, Н. Коперник создал свою теорию в связи с тем, что в исследованиях были обнаружены несоответствия наблюдений и предсказаний на базе птолемеевской геоцентрической системы, т.е. возник конфликт между новыми данными и старой теорией. Но как показывает более глубокий анализ, Коперник убедился, что два фундаментальных мировоззренческих принципа его времени - принцип движения небесных тел по кругам и принцип простоты природы - явно не реализуются в астрономии. Решение этой фундаментальной проблемы привело его к великому открытию. Поэтому следует признать, что в общем случае фундаментальные открытия всегда связаны с решением фундаментальных проблем, т.е. таких, которые касаются наиболее общих представлений о действительности, ее познании, о системе ценностей, руководящей нашим поведением.

3.4. История отраслей естествознания

Относительно историй развития различных отраслей естествознания опубликовано достаточно много работ (некоторые из них были использованы при написании этого параграфа и приведены в списке в конце этой главы). Представим основные этапы развития отраслей естествознания, каждая из которых сложилась как система наук, имеющих свой объект исследований, специфическую методологию и длительную историю становления.

Физика

Физика - наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, а также законы ее движения. В развитии физических представлений выделяют несколько периодов.

Период от древнейших времен до начала XVII в. можно считать предысторией физики, когда происходило накопление физических знаний об отдельных явлениях природы, возникали отдельные учения, а представления о природе объяснялись на основе умозрительных философских принципов. В VI-IV вв. до н.э. науку стали отличать от других форм познания, были созданы образцы построения научного знания. Именно тогда Аристотель разработал формальную логику - науку о способах доказательств и опровержений, а также отделил физику (науку о природе) от метафизики (философии), математики и т.д. Важнейшим фрагментом античной научной картины мира стало геоцентрическое учение о мировых сферах (тео-

рия движения планет вокруг неподвижной Земли), получившее завершенную форму у К. Птолемея. Заметим, что в античные времена Аристархом Самосским высказывались предположения о том, что не Земля, а Солнце находится в центре Вселенной. Однако его взгляды не были поддержаны учеными того времени и о них надолго забыли. Значимой для последующего развития физики была концепция, выдвинутая в античное время, о дискретности (прерывности) строения материи -атомизм (Демокрит, Левкипп, Лукреций, Эпикур), согласно которой все тела состоят из атомов - мельчайших неделимых частиц.

В VI-XIV вв. продолжается накопление разрозненных физических фактов и появляется ряд  общих представлений о природных  явлениях. В XV в. Николай Кузанский  развивал мысль о том, что движение является основой всего сущего, Вселенная  бесконечна и в ней нет неподвижного центра, а Земля и все небесные тела созданы из одной и той же первоматерии. В 1543 г. вышел в свет труд Н. Коперника <О вращении небесных сфер>, содержащий изложение гелиоцентрической системы м и р а, а в 1584 г. Дж. Бруно публикует диалог <О бесконечности, Вселенной и мирах>, где была высказана идея о бесконечности Вселенной и единстве законов природы, о существовании других планетных систем, кроме Солнечной, и т.д.

Период классической физики (XVII - начало XX в.). Физика как наука берет начало от Г. Галилея, который выдвинул в первой половине XVII в. идею об относительности движения, установил законы инерции и свободного падения и др., активно защищал гелиоцентрическую систему мира. Основным достижением физики XVII в. признано создание классической механики, связанное с формулировкой основных законов этой науки И. Ньютоном в 1687 г. Фундаментальное значение имело введение Ньютоном понятия состояния, которое стало одним из основных для всех физических теорий. Состояния систем тел в механике полностью определяются координатами и импульсами тел системы. Исходя из законов движения планет, установленных И. Кеплером, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, с помощью которого удалось с достаточной точностью рассчитать движение Луны, планет и комет, объяснить приливы в океане. Им были впервые четко сформулированы классические представления об абсолютном

пространстве  как вместилище материи, не зависящем  от ее свойств и движения, и абсолютном равномерно текущем времени. Ньютон построил механистическую картину природы как завершенную систему механики. Важное достижение этого времени - понимание идентичности физических законов для всей Вселенной.

В 1860-х гг. Дж. Максвеллом формулируется  теория электромагнитного поля, дальнейшее развитие которой привело к революционным изменениям в физике. Используя концепцию поля М. Фарадея, Максвелл выводит пространственно-временные законы электромагнитных явлений. Дальнейшее развитие этой теории привело к созданию электродинамической картины м и р а. На рубеже XIX и XX вв. происходят революционные открытия и изменения в физике (обнаружение сложного строения атома, явления радиоактивности и т.д.).

Период становления современной  физики связывают с началом XX в. Переход от классической физики к современной характеризовался не только возникновением новых идей, открытием новых неожиданных фактов и явлений, но и преобразованием ее духа в целом, возникновением нового способа физического мышления, глубоким изменением методологических принципов физики. Она становится квантовой (М. Планк,

3. Резерфорд, Н. Бор); в 1920-1930-е гг. разработана квантовая механика - последовательная теория движения микрочастиц (Л. де Бройль, Э. Шрёдингер, В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дирак). Одновременно (в начале XX в.) появилось новое учение о пространстве и времени -теория относительности (А. Эйнштейн), физика становится релятивистской (любая физическая картийа мира относительна и связана с определенной системой отсчета).

Во второй половине XX в. происходит преобразование физики, связанное с  познанием структуры атомного ядра, свойств элементарных частиц (Э. Ферми, Р. Фейнман, М. Гелл-Манн и др.), конденсированных сред (Дж. Бардин, ЛД. Ландау, И.Н. Боголюбов  и др.). Физика стала источником новых идей, преобразовавших современную технику: ядерная энергетика (Н.В. Курчатов), квантовая электроника (Н.Г. Басов, A.M. Прохоров и

4.  Таунс), микроэлектроника, радиолокация и т.п. возникли и развились благодаря достижениям физики.

Химия

Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, которые сопровождаются изменением их состава и строения.

Донаучный период. Человек использовал химические процессы, в результате которых образуются новые вещества, еще в доисторическую эпоху. Можно сказать, что человек выделился из животного мира тогда, когда провел первую химическую реакцию - зажег огонь, а далее начал применять его для приготовления пищи, в гончарном производстве, для обработки металлов. Другими химическими процессами, используемыми с древности, по-видимому, были брожение и скисание. Древние египтяне получали краски и косметические средства из минеральных веществ, умели добывать железо, выплавлять бронзу, красить ткани, изготовлять стекло и фарфор, имитировать драгоценные камни и золото.

Древнегреческие философы пытались понять и объяснить явления природы. Так, Аристотель выдвинул положение  о том, что вещества, соединяясь, теряют свои индивидуальные качества, а новое вещество -это не смесь, а <тело>, обладающее новыми, лишь ему  присущими качествами.

Приблизительно в 300 г. н.э. египтянин  Зосима составил 28-томную энциклопедию, которая охватывала все знания по химии как искусству взаимных превращений веществ, собранные за предшествовавшие 500-600 лет, и пользовалась популярностью вплоть до XVI в. Это положило начало развитию такого явления культуры, как алхимия, теоретической основой которой были взгляды Аристотеля об элементах природы и их взаимном превращении (трансмутации). Осуществляя превращения одних веществ в другие, алхимики не видели препятствий для реализации любых превращений, в том числе одних металлов в другие, в частности в золото. Алхимики выработали экспериментальный метод работы, проверяющий гипотезу. Они построили первые лаборатории - помещения, предназначенные для проведения научных исследований. В поисках <философского камня>¹ алхимики открыли целый ряд веществ: этанол, многие соли, щелочи и,

По представлениям алхимиков, <философский  камень> - чудодейственный камень, способный обращать все металлы  в золото и излечивать все болезни.

что особенно важно, сильные минеральные  кислоты - серную и азотную, резко  расширившие возможности химического  воздействия на вещество.

Становление собственно химии охватывает три столетия - с XVI по XVIII в. Слепое экспериментирование сменяется изучением законов превращения веществ для практического их использования. Первой из химических отраслей стала я т р о -химия, основанная в начале XVI в. швейцарцем Т. Парацельсом. Ятрохимики (в современных терминах) считали, что болезни возникают из-за нарушения течения химических процессов в организме и недостатка (или избытка) в нем тех или иных веществ, и предлагали соответствующие способы лечения. В этот же период развивается техническая химия.

С именем ирландского ученого Р. Бойля связывается полное освобождение химии от алхимии и ятрохимии. Он отбросил частичку <ал> в самом термине, ввел в пг'чктику определение химического элемента как составной части вещества, которую нельзя разложить на более простые части; положил начало химическому анализу, химии газов.

На рубеже XVII и XVIII вв. появилась  первая общая химическая теория -теория флогистона (от греч. phlogiston - воспламеняемый, горючий), разработанная немецким химиком  и врачом Э.Г. Шталем и основанная на том положении, что, чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. Теория Шталя, созданная для объяснения явлений горения, окисления и восстановления металлов, смогла ч стать основой для объяснения большинства наблюдаемых в то время химических явлений.

В середине XVIII в. теория флогистона стала подвергаться сомнению. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы вещества в химических процессах и доказал его экспериментально. Он также выдвинул идею, согласно которой при нагревании металл соединяется, как он говорил, с частичками воздуха. Французский химик А. Лавуазье, изучая горение и обжиг металлов, выяснил роль кислорода в этих явлениях, разрушив тем самым теорию флогистона. Он также внес ясность в понятия химического элемента, простого и сложного вещества. Независимо от Ломоносова он экспериментально установил закон сохранения

массы в химических реакциях и убедил в нем своих современников-химиков.

В конце XVII - середине XIX в. были открыты  стехиомет-рические законы химии о  количественных соотношениях между  массами веществ, вступающих в химическую реакцию, что придало химии рациональный характер и способствовало подведению экспериментального фундамента под атомно-мо-лекулярную гипотезу, а также позволило сформулировать правила составления химических формул и уравнений. Основными стехиометрическими законами считаются законы Авогадро о пропорциональности между плотностями газов или паров и молекулярными массами, объемных отношений Ж.Л. Гей-Люссака, кратных отношений Дж. Дальтона, эквивалентов И.В. Рихтера и У.Х. Волластона и др. Все эти законы были установлены экспериментально.

Использование количественных измерений, совершенствование химического  эксперимента привели к окончательному утверждению атомно-молекулярных представлений  о строении вещества. Эти представления утвердились в 1860-х гг., когда A.M. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, показав, что не только состав, но и структура определяют свойства веществ, а Д.И. Менделеев открыл периодический закон. С конца XIX - начала XX в. важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.

На современном этапе  развития химии широко привлекается квантовая (волновая) механика для интерпретации и расчета химических параметров веществ и систем веществ; исследования химических процессов доведены до их перехода в предбиологи-ческие и биологические; разрабатывается теория химической эволюции; утверждаются факт отсутствия химических индивидов в чистом виде и необходимость описания веществ как составных частей систем веществ; признается неправомерность игнорирования качественных различий микро- и макроформ вещества, характерного для классического атомно-молекулярного учения. В прикладном отношении химия характеризуется активным использованием химических свойств веществ в практической деятельности людей. Причем химическая промышленность относится к числу отраслей, определяющих технический прогресс.