Концепции современного естествознания - Александр Садохин

Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание. Так появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии, понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревало понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными, но без них не смогла бы появиться физика Нового времени.

Также закладывалось новое понимание механики, которая в Античности была прикладной наукой. Античность и Раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека Космосу (единства микро- и макро Космоса) мог познавать мир. Позднее инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Открывалась возможность использования экспериментального метода познания.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Рассматривая вопрос о достижениях средневековой науки, следует отметить Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т. д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

3.3. Глобальная научная революция XVI–XVII вв.

В XVI–XVII веках натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание – систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Н. Коперника «О вращении небесных сфер», ознаменовавший переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной. В коперниковской схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя ее размеры резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сделала понятными многие ранее загадочные эффекты, прежде всего – петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была обоснована смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Д. Бруно. Он отверг представление о Космосе как о замкнутой сфере, ограниченной неподвижными звездами, и впервые заявил о том, что звезды не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, вокруг которых могут вращаться планеты и на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Д. Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Но, несмотря на грандиозность этой картины, Вселенная продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Надо было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Н. Коперника и Д. Бруно; это стало важнейшей задачей первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Г. Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Г. Галилея в области астрономии и физики.

Со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось, что, находясь на Земле, невозможно изучать небесные тела, это задерживало развитие науки. После того как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Г. Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Г. Галилей первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на «идеальном» теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Г. Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти две тысячи лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Г. Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Согласно классическому принципу относительности никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т. е. равноправие инерциальных систем (покоящихся или движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно), Г. Галилей подтверждал рассуждениями с многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и имеет все основания утверждать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Г. Галилея не имеет иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение: движение или покой – всегда движение или покой относительно того, что служит нам системой отсчета.

Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Р. Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Р. Декарта представляет собой единую естественно-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу объяснить все известные и неизвестные явления природы, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики. Он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Р. Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Р. Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движение тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т. е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.