Естествознание - Александр Петелин

Александр Петелин, Татьяна Гаева, Арон Бреннер

Естествознание

© Петелин А. Л., Гаева Т. Н., Бреннер А. Л., 2010

© Издательство «ФОРУМ», 2010

Предисловие

Перед вами книга, которую авторам не хотелось бы называть учебником, хотя об этом и говорит надпись на титульном листе. Мы старались написать просто и интересно о достаточно сложных вещах и процессах, чтобы у читателей сложилось представление о том физическом пространстве, в котором мы с вами живем, о том, как образовалась и как устроена Вселенная, да и мы сами, а заодно и остальной живой мир.

Вселенная существует несколько миллиардов лет, Земля чуть меньше. Человек начал осваивать Землю несколько миллионов лет назад. Сначала люди просто старались выжить, и это стоило больших трудов. Однако, судя по имеющимся археологическим находкам, даже в то время человек старался как-то осмысливать свои взаимоотношения с окружающим миром. Конечно, в то время это осмысление ограничивалось в основном приспосабливанием к окружающему, в значительной степени враждебному миру, полному непонятных и страшных явлений и населенному диким опасным зверьем.

Постепенно взаимоотношения человека с природой менялись. Появилось желание попытаться приспособить что-то из окружающего мира для своей пользы. Научились строить жилища, сначала лодки, а затем и корабли. Начали осваивать пространства суши, морей и даже океанов. Появилась настоятельная необходимость научиться ориентироваться. Оказалось, что в этом здорово помогают звезды, пришлось придумать и создать соответствующие инструменты, а заодно и математический аппарат. Научились добывать руду и плавить металл. Вообще все, чему научился и что сейчас умеет делать Человек, ни в сказке сказать, ни пером описать. И если раньше ученый-энциклопедист мог быть одновременно врачом, ботаником, металлургом и т. д., то сейчас существует огромное число практически не связанных друг с другом специальностей. Юрист совсем не обязательно должен досконально разбираться в физической химии, а библиограф – в ботанике и молекулярной биологии. Но… есть знания, которые нужны всем, для того чтобы представлять мир, в котором нам довелось жить. Надеемся, что книга, которую вы держите в руках, поможет вам в этом.

Часть I. Физическая картина мира

Глава 1. Методы познания мира

Рассмотрим вкратце место естествознания среди методов познания окружающего нас мира.

Вопрос первый: какие вообще существуют методы познания?

Считается, что имеется четыре основных направления, по которым движется человеческое сознание при получении любых сведений, необходимых для создания общей для общества в целом и для каждого человека в отдельности картины мира. Это религия, мистика, философия, наука.

Исследовать подробно каждый из этих путей – сложная, неоднозначная и крайне трудоемкая задача. Мы этим заниматься не станем, охарактеризуем только некоторые, существенные на наш взгляд, черты четырех методов познания для того, чтобы можно было понять отличия, свойственные научному подходу, независимо от того, о каких науках идет речь, и естествознанию как части научного знания.

Религиозные знания получают с помощью непосредственной передачи от некоторых независимых источников, в частности от пророков, которые считаются каналами связи с верховным божеством (божествами); эти знания не подвергаются сомнению и проверке, пользуются неограниченным доверием; основа принципа – вера.

Во время мистических ритуалов человек не отделяет себя от объекта изучения, другими словами, не глядит на объект со стороны, а старается привести себя в состояние, когда и объект, и изучающий его человек становятся единой сущностью. Такие специфические состояния отличаются от обычных состояний повседневной жизни, что позволяет получать доступ к наблюдению явлений как бы со всех сторон сразу.

Философия – это поиски общих принципов описания мира в целом посредством логических размышлений. Философские истины не требуют опытного подтверждения.

Путь науки иной. Он отличается от трех предыдущих тем, что направлен на исследование конкретных явлений и процессов в природе (живой и неживой) и в обществе, на установление устойчивых, повторяющихся связей между явлениями, предметами и их свойствами – законов, которые являются объективными характеристиками изучаемой реальности. Объективность научных истин достигается их идентичностью независимо от места и времени их установления, от индивидуальности (личных качеств, национальности, политических взглядов и т. д.) исследователя, от используемых методов исследования. Исследователь при этом отделен от явления, находится вне его. Процесс исследования не должен влиять на происходящие процессы и строение объектов изучения.

Всеобъемлющее определение научного метода познания дать не просто, и даже, если бы это удалось, на начальной ступени обучения это, возможно, внесло бы дополнительную сложность при освоении курса естествознания. Постараемся в процессе изложения материала вносить уточнения и дополнения, связанные с понятием наука, используя отдельные частные примеры. Надеемся, это поможет более точно охарактеризовать роль науки в современном обществе.

Человеческий разум устроен таким образом, что все, что попадает в его поле зрения, проходит этапы сортировки и систематизации. Вначале выделяется самое основное, самое важное, на что следует обратить внимание, остальное менее существенное либо откладывается в сторону до лучших времен, либо вообще исключается из рассмотрения (забывается). Затем то, что выбрано для рассмотрения, раскладывается «по полочкам» в соответствии с привычными критериями (признаками) – весом, размером, вкусом, цветом и т. д. Эти же принципы мышления лежат и в основе научного метода познания. Используем их вначале для описания общих свойств самой науки. Какая она? Или какие они? Их же, как известно, довольно много. Чем отличаются, чем похожи, т. е. как их можно классифицировать?

Рассмотрим самое известное деление наук на две основные группы: гуманитарные и естественные науки.

Выделенные группы отличаются друг от друга предметом изучения. Гуманитарные науки занимаются изучением собственно человека, его взаимоотношений с природой, с другими людьми. Исследуются группы людей, сообщества, классы, ну и целиком человеческое общество – его формации, история, культура, его современная жизнь и развитие.

Естественные науки занимаются изучением внешнего по отношению к человеку как к индивиду и внешнего по отношению к обществу мира. В этот внешний мир входит все природное, что мы видим вокруг себя: земля, вода, воздух, горы, равнины, океаны, все, что существует на нашей планете, сама планета Земля и другие известные планеты, Солнце, звезды. В него входит то, что мы не можем разглядеть невооруженным глазом, но из чего состоит все вышеперечисленное: молекулы, атомы, электроны и другие микрочастицы, фотоны. В него также входит все, что когда-либо создано человеком и находится с тех пор под воздействием природных субстанций и сил: здания, орудия труда, средства транспорта, различные машины, металлические конструкции, различные бытовые и промышленные изделия, современные электростанции и предприятия, компьютеры, космические аппараты – этот список можно продолжать до бесконечности. Кроме того, во внешний мир входит вся живая природа, которая находится на поверхности Земли, растения, животные, микроорганизмы. Если когда-нибудь обнаружится присутствие жизни на других планетах или в других планетных системах, то эта внеземная жизнь тоже войдет во внешний по отношению к человеку мир. И наконец, во внешний мир входит и сам человек, как составляющая часть биосферы Земли. Естественные науки занимаются строением человеческого тела, его жизненными функциями, его болезнями(!), физико-химическими процессами, происходящими в живых тканях и органах человека.

Учитывая такой огромный объем вопросов, которыми занимается естествознание, и понимая, какой труд необходим, чтобы охватить все перечисленные области, возникает…

Вопрос второй: какова (каковы) причина (причины) существования такой обширной области научного знания, какой является естествознание, и нельзя ли обойтись меньшим количеством знаний о внешнем мире?

Действительно, исследование всех упомянутых направлений, всей Вселенной во всех аспектах требует концентрации умственных усилий большого количества способных, склонных к научному анализу людей и, несомненно, очень значительных финансовых затрат. Вместе с тем естественно-научное знание существовало во все века и тысячелетия развития цивилизации. И в настоящее время все государства вкладывают в развитие естественных наук с каждым годом все большие средства. В чем тут дело? Ответ на этот вопрос, на наш взгляд, каждый человек может найти самостоятельно. Представим себе, что на исследования не будут выделяться деньги. Это возможно, и это действительно часто происходило, например, в неурожайные годы, во времена стихийных бедствий или затяжных войн, когда денег едва хватало для поддержания государственных институтов, для предотвращения болезней и голода. Прекращались ли в такие периоды научные изыскания? Замедление темпов развития естественных наук в тяжелые для государств времена происходило, однако полностью научная мысль не останавливалась никогда. Находились люди, для которых изучение движения небесных светил, темпов роста растений, процессов взаимодействия между собой веществ, имеющих различные свойства и природу, было интересно само по себе, независимо от получаемого вознаграждения. Значит, людей всегда волновал вопрос: как устроен мир?