Единство научного знания и взаимосвязь физики, химии и биологии с точки зрения философии

Платоново-пифагорийская научно-исследовательская программа была развита в эллинистический период в работах Клавдия Птолемея, Аполлония, Архимеда и Евклида. В главном труде Евклида — «Началах» излагаются основные свойства пространства и пространственных фигур.

В современной науке широко используется понятие евклидового пространства как плоского пространства трех измерений. Систематическое изучение пространства и пространственных фигур греками было подчинено главной цели — исследованию природы, в структуре которой воплощены геометрические принципы.

         Следует отметить, что наряду  с понятием пространства в Древней Греции были выработаны такие понятия как пустота и эфир. Эти понятия неразрывно связаны с представлениями о свойствах пространства, и принятие или неприятие их как основополагающих в структуре науки, существенно влияет на ход развития самой физической науки, о чем свидетельствуют катаклизмы, происходившие в физике на протяжении всего ее развития, в особенности на рубеже XIX—XX веков.

       Впервые  соотношение противоположностей  «бытия» и «небытия» рассматривается в философии Гераклита, предметом рефлексии они становятся в философии элеатов, представителями которой являются Парменид, Зенон, Ксенофан. В их учениях выкристаллизовывается прототип будущей пустоты Демокрита. В качестве первоначала всего сущего «пустота» впервые определяется в философии атомистов. Теория Левкиппа-Демокрита — это попытка обоснования возможности движения. Существование пустоты постулируется ими именно в целях решения проблемы движения: движение сводится к простейшему перемещению атомов в пустоте. В учении атомистов пустота входит в качестве первоначала на равных правах с атомами. Атомы, в отличие от пустоты, это полное и твердое сущее, лишенное каких-либо внутренних различий, и поэтому неделимое, неизменнее, вечное. Первоначально «пустота» имела греческое название «kenon». После изложения теории атомизма в поэтически образной форме римским ученым и поэтом Лукрецием Кара в поэме «О природе вещей» в науке укрепился латинский перевод этого понятия — «vacuum».

         Одновременно в греческую науку  входит и понятие «эфира», как нечто противоположного пустоте, «обнимающего все прочее». Так что понятия вакуума и эфира с самого своего возникновения соответствуют различным представлениям о состоянии мира.

          В эпоху Возрождения достигается  осознание взаимосвязи между механикой и геометрией, чего не было в философии древних греков. Это привело к представлению о геометрическом объекте, движущемся в пространстве с течением времени.

         Это, бесспорно, серьезный шаг  в направлении возникновения физики как стройной системы знании, в фундамент которой закладываются представления о пространстве и времени как исходных понятий науки. Однако каковы особенности и характерные черты этого пространства? Заполнено ли оно эфиром или является пустым? Вопрос этот не был праздным, решение его играло роль глубинной предпосылки построения в дальнейшем всего каркаса ньютоновской физики.

         Леонардо да Винчи и другие мыслители эпохи Возрождения вплотную подходили к формулированию принципа инерции, но не могли сделать последнего шага, так как не представляли себе движения в абсолютной пустоте, где движущееся тело не встречает никакого сопротивления. Шаг этот сделал Галилео Галилей. Не случайно, историки науки связывают именно с именем Галилея возникновение физики как самостоятельной научной дисциплины, потому что именно Галилей применил научный метод исследования, в основе которого лежал научный эксперимент с характерной для него чертой — идеализацией ситуации, позволяющей устанавливать точные математические закономерности явлений природы. Галилей объявил сопротивление среды несущественной стороной своих законов. Признание им существования пустоты позволило ему объяснить равные скорости падения различных тел и сформулировать принцип инерции. В своем труде «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» в «Дне втором» Галилей формулирует два основных принципа механики — принцип инерции и принцип относительности.

        По существу, эти принципы описывают  свойства пространства Вселенной. Окончательную формулировку оба принципа получили в механике Ньютона. И это связано с тем, что Галилеем используется представление об инерциальных круговых движениях, на этом построена вся небесная механика «Диалогов». Представление о прямолинейном инерциальном движении было развито Декартом, однако он отрицал существование пустоты. И лишь в механике Ньютона произошло объединение двух идей — идеи пустого пространства и прямолинейного инерциального движения.        

        Галилей вплотную подошел к  созданию динамики как части механики, описывающей причины изменения состояния движения тел; он впервые связывает понятие силы с ускорением, а не со скоростью, как это было принято до него. Однако являясь приверженником нового мышления, новой методологической установки, отличной от установок Аристотеля и его последователей, он считал истинной целью естествознания не поиск причин, тем более не умозрительное выдумывание их, а строгое математическое описание их. «Сейчас неподходящее время для занятий вопросом о причинах ускорения в естественном движении, по поводу которого различными философами было высказано столько различных мнений», — говорит он устами Сальвиати в книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей знаний». Зато он определяет кинематический закон равноускоренного движения, определяет, что путь, пройденный телом прямо пропорционален квадрату времени, в течение которого тело движется. Жизнь и творчество Галилея подготовили как в методологическом, так и в научном плане почву для свершений Исаака Ньютона, положившими начало новой эре в науке в целом и не утратившими своего непреходящего значения в наши дни. Однако для более полного представления о том, какую роль в физике Ньютона играют понятия пространства и времени, необходимо рассмотреть точку зрения на эти понятия еще одного выдающегося мыслителя Нового времени Рене Декарта.

        Основная  задача, поставленная Декартом, —  математизация физики, точнее ее геометризация по типу евклидовой геометрии. Изучение физического мира возможно только с помощью математики. «Из всех, кто когда-либо занимался поиском истины в науках, только математикам удалось получить некие доказательства, то есть указать причины, очевидные и достоверные», говорит он в «Рассуждении о методе». Следовательно и физика должна опираться на небольшое число аксиом, из которых дедуктивно выводится упорядоченная последовательность выводов, обладающих той же степенью достоверности, что и первичные аксиомы. Объективный мир, по Декарту, не что иное как материализованное пространство или воплощенная геометрия. Из тождественности материи и пространства Декарт делает вывод о бесконечной делимости материи и, следовательно, о несуществовании неделимых атомов и пустоты. В мире не существует пустого пространства, ибо в этом случае существовала бы нематериальная протяженность. Протяженность материальна, следовательно, пространство заполнено субстанцией. Форма тел сводится к протяженности, масса сводится к геометрическому пространственному объему тела, индивидуальность которого проявляется только в движении. Разграничение собственно тела и пространства представляется следствием различных скоростей частей пространства. Итак, фундаментальными свойствами материи являются протяженность и движение в пространстве и во времени. И эти свойства могут быть строго описаны математически. «Дайте мне протяженность и движение, и я построю Вселенную», — таков основной тезис Декарта. Отрицая пустоту, Декарт постулирует существование эфира. Позиция Декарта как геометра физики предпослала создание им новой области математики — аналитической геометрии. Он вводит координатную систему, известную как декартова система координат, а также представление о переменной величине. Иными словами, в математику проникает движение, что само по себе подготавливает почву для возникновения дифференциального и интегрального исчисления.

       Следует сказать, что Декарт  выделяет два основных акта мышления, с помощью которых можно получать новое знание без риска впасть в заблуждение — это интуиция и дедукция. Опираться на интуицию надежнее всего, потому что интуиция — это то, что запечатлено богом в нашей душе. Бог является хорошим математиком, и при сотворении мира он, бесспорно, пользовался хорошо продуманным математическим планом. Именно поэтому интуиция — более надежное знание, на основании которого с помощью дедукции возможно получение строгих и не менее достоверных выводов. Причем бог не просто создал мир, но и каждое мгновение обеспечивает его существование. Конечно, доказательство существования бога Декартом — типичное явление для культуры того времени. Тем не менее, именно теологические посылки приводят Декарта к формулированию принципа инерции и закона сохранения количества движения, которые, согласно Декарту, являются проявлениями абсолютного совершенства бога. Принцип инерции, согласно которому, «каждая частица материи продолжает находиться в одном и том же состоянии, пока столкновение с другими частицами не вынуждает ее изменить это состояние» и что «каждая частица тела по отдельности всегда стремится продолжать свое движение по прямой линии», является результатом во-первых, неизменности бога и, во-вторых, непрерывности действия бога. Из неизменности бога следует и сохранение количества движения, ибо «если предположить, что с самого момента творения он вложил во всю материю определенное количество движения, то следует предположить, что он всегда сохраняет его в таких же размерах.

       Уже в глубокой древности возникли  зачатки знаний, впоследствии вошедшие в состав физики и связанные с простейшими представлениями о длине, тяжести, движении, равновесии и т. п.

       В недрах греческой натурфилософии сформировались зародыши всех трех частей физики, однако сначала на первом плане стояла физика  движения, понимаемого в самом широком смысле — как изменение вообще. Взаимодействие отдельных вещей трактовалось наивно-антропоцентрически (например, мнение об одушевленности магнита у Фалеса). Подробное рассмотрение проблем, связанных с анализом движения как перемещения в пространстве, впервые было осуществлено в знаменитых апориях Зенона Элейского. В связи с обсуждением структуры первоначал зарождаются и конкурируют концепции непрерывной делимости до бесконечности (Анаксагор) и дискретности, существования неделимых элементов (атомисты). В этих концепциях закладывается понятийный базис будущей структурной физики. В связи с задачами анализа простейшей формы движения (изменения по месту) возникают попытки уточнения понятий «движение», «покой», «находиться в...», «место», «время», «движение», «пустота». Результаты, полученные на этом пути, образуют основу понятийного аппарата будущей физики движения — механики.

         Превращение физики  в самостоятельную  науку обычно связывается с именем Галилея. Основной задачей физики он считал эмпирическое установление количеств, связей между характеристиками явлений и выражение этих связей в математической форме с целью дальнейшего исследования их математическими средствами, в роли которых выступали геометрические чертежи и арифметическое учение о пропорциях. Использование этих средств регулировалось сформулированными им основными принципами и законами (принцип относительности, принцип независимости действия сил, закон равноускоренного движения и др.). Достижения Галилея и его современников в области физики движения (Кеплер, Декарт, Гюйгенс) подготовили почву для работ Ньютона, приступившего к оформлению целостного предмета механики в систему понятий. Продолжая методологическую ориентацию на принципы, а не на скрытые причины (hypothesisnonfingo), Ньютон сформулировал три закона (аксиомы) движения и вывел из них ряд следствий, трактовавшихся прежде как самостоятельные законы. Ньютоновские «Математические начала натуральной философии» подвели итоги работы по установлению смысла и количеств, характеристик основных понятий механики — «пространство», «время», «масса», «количество движения», «сила». Для решения задач, связанных с движением, Ньютон (вместе с Лейбницем) создал дифференциальное и интегральное исчисления, одно из самых мощных математических средств физики. Начиная с Ньютона и вплоть до конца 19 века механика трактуется как общее учение о движении (понимаемом как перемещение в пространстве) и становится магистральной линией развития физики. С ее помощью строится физика взаимодействий, где конкурируют концепции близкодействия и дальнодействия. Потребности концепции близкодействия вызвали к новой жизни античного представления об эфире(Декарт). Успехи небесной механики, основанные на ньютоновском законе всемирного тяготения, способствовали победе концепции дальнодействия (согласно которой гравитационное взаимодействие между частицами вещества осуществляется мгновенно и непосредственно через пустоту с помощью дальнодействующих сил). По образцу теории тяготения строилась и физика взаимодействий в области электричества и магнетизма   (Кулон).

      Успехи гидродинамики (Бернулли, Эйлер) способствовали внедрению в физику идей непрерывности на основе представлений о невесомых жидкостях (флюидах). Как флюиды трактовались электричество, магнетизм и теплота. Юнг и Френель развивали теорию света как волн в непрерывном эфире, также рассматривавшемся как флюид. Начиная с Дальтона, введшего понятие атомного веса, атомистика отделяется от философии, а химия обретает статус фундаментальной науки. Представления об атомах и молекулах, перенесенные из химии в физику, постепенно вытеснили невесомые флюиды. Юнг (1816) дал первую количественную оценку размеров молекулы. Усилиями Бернулли Клаузиуса, Максвелла была построена (в опоре на статистические представления) кинетическая теория газов, дальнейшее развитие которой Больцманом и Гиббсом позволило объяснить тепловые явления без помощи теплорода.

       С Фарадея начинается интенсивное  развитие физики электричества и магнетизма на основе идеи близкодействия. Переход от электростатики к электродинамике (Фарадей, Эрстед, Ампер) позволил объединить электрические и магнитные явления. Фарадеевскиепредставления о поле как особом состоянии эфира были оформлены Максвеллом в строгую математическую теорию, которая с единой точки зрения трактовала электрические, магнитные и оптические  явления.

        К  концу 19 века физика представляла  собой развитый комплекс дисциплин, объединенных идеей сохранения и превращения энергии.

Многим ученым физика казалась принципиально завершенной  наукой.

        Философским фоном ее было  мировоззрение, представлявшее собой синтез атомизма с доктриной лапласовского детерминизма. Вероятностные представления статистической  физики трактовались как всецело обусловленные незнанием точных значений начальных импульсов и координат частиц, составляющих ансамбль. Электромагнитные явления многими еще не считались автономными — усилия большинства ученых были направлены на сведение их к механическим явлениям путем построения хитроумных моделей эфира.

        Достижения  физики в 20 веке значительно  повлияли на конкретные представления о смысле таких философских категорий, как материя, движение, пространство и время. К числу фундаментальных достижений современной физики, имеющих общефилософское значение, относится также установление принципа относительности свойств материальных объектов. Это связано с последовательным учетом в понятийном аппарате теории роли материального окружения объекта (в первую очередь измерительного, прибора и системы отсчета) в деле определения этих свойств.