Основные этапы развития естествознания

Гармония (греч. harmonia) – согласованность, стройность в сочетании процессов,
явлений и т.п.

Движение – форма бытия материи. Движение в применении к
материи – это изменение вообще, происходящее в пространстве с течением времени.
Движение обнимает собой все происходящие во Вселенной изменения и процессы,
начиная от простого перемещения и кончая мышлением. Движение – важнейший
атрибут материи – способ ее существования.

Механицизм – мировоззрение, объясняющее развитие природы
законами механической формы движения материи.

Природа (physis, nature) – в предельно широком значении: все сущее в
бесконечном многообразии своих явлений. В этом смысле понятие «природа»
выступает как синоним понятий «Вселенная», «материя», бытие», объективная
реальность» и т.п.

Редукционизм – сведение процессов жизнедеятельности к
совокупности определенных химических реакций.

Холизм (греч. holos – целое) –
концепция, согласно которой роль целого является определяющей, а влияние
отдельных частей – несущественным.

Эллинизм – период в истории стран, прилегающих к восточной
части Средиземного моря, между завоеванием этого региона Александром
Македонским и Древним Римом (приблизительно с 330 г. до н.э. по 30 г. до н.э.).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ

Самыми древними науками можно считать астрономию,
геометрию и медицину, созданные жрецами Египта и Междуречья. Большие успехи в
данных направлениях были достигнуты также в древнем Китае и Древней Индии.
Следует отметить определенные взаимосвязи, существовавшие между этими регионами
Древнего Востока. Астрономия и медицина не представляли собой в те времена
отдельных наук, а были прочно вплетены в ткань философско-религиозной мысли.
Математика начала развиваться для нужд астрономии, но именно математика, по
мнению ряда ученых, является единственной наукой, сформировавшейся в Древнем
Мире. Такого мнения придерживался, например, К. Ясперс.

Формирование наук
осуществлялось очень медленно. Принято считать, что к середине XVIII в. сформировались
только четыре науки: механика, физика, математика и астрономия. Великие системы
биологии, как и первые основные законы химии, пришлись на конец XVIII – начало XIX в.,
основные идеи геологии находились в то время в стадии формирования.

Древнегреческий период. Естественно-научные
знания Древнего Востока проникли в Древнюю Грецию в VI в. до н.э. и обрели статус науки как определенной
системы знаний. Эта наука называлась натурфилософией (от лат. natura – природа). Натурфилософы были одновременно и
философами, и учеными. Они воспринимали природу во всей ее полноте и были
исследователями в различных областях знания.

В VI в. до н.э. в древнегреческом городе Милете возникла
первая научная школа, известная прежде всего не своими достижениями, а своими
исканиями. Основной проблемой этой школы была проблема первоначала всех вещей:
из чего состоят все вещи и окружающий мир? Предлагались разные варианты того,
что считать первоосновой всех вещей: огонь (Гераклит), вода (Фалес), воздух
(Анаксимен), алейрон (Анаксимандр). Вследствие ограниченности знаний о природе
натурфилософам своя версия представлялась как исчерпывающая картина мира,
которую, однако, трудно было как доказать, так и опровергнуть. Следует особо подчеркнуть,
что эти первоосновы не сводились просто к огню, воздуху или воде. Например,
Фалес понимал под «водой» текучую субстанцию, охватывающую все существующее в
природе. Обычная вода входит в это обобщенное понятие как один из элементов.

Самой яркой фигурой античной науки того
периода был величайший ученый и философ Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.),
авторитет которого был незыблемым более полутора тысяч лет. Хотя столь
длительный срок господства в науке сделал его учения тормозом для их
дальнейшего развития. Аристотель в совершенстве освоил учение своего учителя
Платона, но не повторил его путь, а пошел дальше, выбрав свое собственное
направление в научном поиске. Если для Платона было характерно состояние
вечного поиска без конкретной окончательной позиции, то научный дух Аристотеля
вел его к синтезу и систематизации, к постановке проблем и дифференциации
методов. Он наметил магистральные пути развития метафизики, физики, психологии,
логики, а также этики, эстетики, политики.

Аристотель разделял все науки на три больших раздела:
науки теоретические и практические, которые добывают знания ради достижения
морального совершенствования, а также науки продуктивные, цель которых –
производство определенных объектов. Формальная логика, созданная Аристотелем,
просуществовала в предложенной им форме вплоть до конца XIX в.

Почти столь же длительным было влияние
его книг «Физика» и «О небе». Идеи, изложенные в них, господствовали в науке
вплоть до Галилея. Однако физика Аристотеля неминуемо должна была вступить в
противоречие с первым законом механики Ньютона, так как, согласно ей, круговое
движение первично и только оно одно может быть непрерывным и бесконечным.
Первый закон Ньютона утверждает, однако, что каждое тело, предоставленное
самому себе, будет находиться в состоянии покоя или прямолинейного движения с
постоянной скоростью. Внешние силы могут изменить скорость движения или его
направление. В трактате «О небе» Аристотель утверждал, что вещи находящиеся
ниже Луны, зарождаются и распадаются, а все, находящееся выше Луны, не рождено
и неуничтожимо. Сферическая Земля находится в центре Вселенной. Природное
движение земных элементов прямолинейно, тогда как движение сфер, к которым они прикреплены.

Поскольку движение земных тел
признавалось прямолинейным, постольку утверждалось, что любое брошенное тело
будет в течение некоторого времени двигаться горизонтально, а затем внезапно
начнет вертикально падать. Когда Галилей открыл, что это тело описывает
параболу, то началась упорная борьба с последователями Аристотеля. Помимо
Галилея в ней принял активное участие И. Кеплер и другие ученые.

Зарождение медицины как
самостоятельного научного знания связано с именем Гиппократа (460 – 370 гг. до
н.э.), который придал ей статус науки и создал эффективно действующий метод,
преемственно связанный с ионийской философией природы. За этим методом стояли
усилия древних философов дать естественное объяснение каждому явлению, найти
его причину и цепочку следствий, веру в возможность понять все тайны мира.
Медицинские труды Гиппократа многочисленны и разнообразны. Основной его тезис:
медицина должна развиваться на основе точного метода, систематического и
организованного описания различных заболеваний.

Эллинистический период. Первой из
эллинистических школ была школа Эпикура (341 – 270 гг. до н.э.). По имени
принадлежащего ему сада в предместье Афин она стала называться «Сад» и
выполняла активные просветительские функции. Эпикур делил философию на три
части: логику, физику и этику. Эпикурейская физика – это целостный взгляд на
реальность. Эпикур развил идеи атомистики, заложенные Левкиппом и Демокритов. В
его школе было показано, что атомы различаются весом и формой, а их
разнообразие не бесконечно. Для объяснения причины движения атомов Эпикур ввел
понятие первоначального толчка (первотолчка).

С 332 г. до н.э. началось сооружение города
Александрии, который стал основным научным центром эллинистической эпохи,
центром притяжения ученых всего средиземноморского региона. В Александрии был
создан знаменитый Музей, где были собраны необходимые инструменты для научных
исследований: биологических, медицинских, астрономических. К Музею была
присоединена Библиотека, которая вмещала в себя всю греческую литературу,
литературу Египта и многих других стран. Объем этой Библиотеки достигал 11,7
тыс. книг, в ней нашла отражение культура всего античного мира.

Выдающимся ученым эллинистического
периода был математик-теоретик Архимед (287 – 212 гг. до н.э.). Он был автором
многих остроумных инженерных изобретений. Его баллистические орудия и
зажигательные стекла использовались при обороне Сиракуз. Среди множества работ
особое значение имеют следующие: «О сфере и цилиндре», «Об измерении круга», «О
спиралях», «О квадратуре параболы», «О равновесии плоскости», «О плавающих
телах». Архимед заложил основы статики и гидростатики.

Систематизатором географических знаний
был друг Архимеда Эрастофен. В 246 г. он был приглашен в Александрию в качестве директора
Библиотеки. Исторической заслугой Эрастофена явилось применение математики к
географии для составления первой карты с меридианами и параллелями.

Древнеримский период античной
натурфилософии. В 30-х гг. до н.э. новым научным центром становится Рим
со своими интересами и своим духовным климатом, ориентированным на практичность
и результативность. Закончился период расцвета великой эллинистической науки.
новая эпоха может быть представлена работами Птолемея в астрономии и Галена в
медицине.

Птолемей жил, возможно, в 100 – 170 гг.н.э.
Особое место среди его работ занимает «Великое построение» (в арабском переводе
– «Альмагест»), которая является итогом всех астрономических знаний того
времени. Эта работа посвящена математическому описанию картины мира (полученной
от Аристотеля), в которой Солнце, Луна и 5 планет, известных к тому времени,
вращаются вокруг Земли. Из всех наук Птолемей отдает предпочтение математике
ввиду ее строгости и доказательности. Она, по его мнению, открывает дорогу к
теологии. Мастерское владение математическими расчетами в области астрономии
совмещалось у Птолемея с убеждением, что звезды влияют на жизнь человека.
Геоцентрическая картина мира, обоснованная им математически, служила основой
мировоззрения ученых вплоть до опубликования труда Н. Коперника «Об обращении
небесных сфер».

Наука античного мира обязана Галену
(130 – 200 гг.?) систематизацией знания в области медицины. Он обобщил
анатомические исследования, полученные медиками александрийского Музея;
осмыслил элементы зоологии и биологии, воспринятые от Аристотеля; теорию
элементов, качеств и жидкостей системы Гиппократа. К этому можно добавить его
телеологическую концепцию. Все многочисленные открытия Галена обеспечили ему
славу в эпохи Средневековья и Возрождения.

Вклад Арабского мира в развитие
естествознания. Ф. Шиллер писал, что арабы как губка впитали в себя
мудрость античности, а затем передали его Европе, перешедший из эпохи
варварства в эпоху Возрождения. Жители Аравийского полуострова знали эпохи
благоденствия, когда вдоль западного и юго-западного побережий его пролегали
важнейшие торговые пути, связывавшие Средиземноморье с Дальним Востоком. Здесь
было немало образованных людей, так что пророчества Мухаммеда в VII в. н.э. упали на подготовленную почву. Ислам,
объединив всех арабов, позволил им потом в течение двух-трех поколений создать
огромную империю, в которую помимо Аравийского полуострова вошли многие страны
Ближнего Востока, Средней Азии, Северной Африки, половина Пиренейского
полуострова. Развитие исламской государственности в VIII–XII вв. оказало
благотворное влияние на общемировую культуру. К X в. сформировались наиболее крупные культурные центры
Арабского мира: Багдад и Кордова. В этих городах было много общественных
библиотек, книжных магазинов, существовала мода и на личные библиотеки.

Арабский мир дал человечеству много
выдающихся ученых и организаторов науки. Так, например, Мухаммед, прозванный
аль-Хорезми (первая половина IX в.) был
выдающимся астрономом и одним из создателей алгебры; Бируни (973-1048) –
выдающийся астроном, историк, географ, минералог; Омар Хайям (1201-1274) –
философ и ученый, более известный как поэт; Улугбек (XV в.) – великий астроном и организатор науки, один из
наследников Тимура, а также Джемшид, Али Кушчи и многие другие ученые.

Аль-Хорезми
значительно улучшил таблицы движения планет и усовершенствовал астролябию –
прибор для определения положения небесных светил. Бируни со всей решительностью
утверждал, что Земля имеет шарообразную форму, и значительно уточнил длину ее
окружности. Он также допускал вращение Земли вокруг Солнца. Омар Хайям
утверждал, что Вселенная существует вечно, а Земля и другие небесные тела
движутся в бесконечном пространстве.

Естествознание в средневековой Европе. В
то же самое время в Европе читали, главным образом, Библию, предавались
рыцарским турнирам, войнам, походам. Была распространена куртуазная литература,
посвященная прекрасным дамам и рыцарской любви. Только единицы имели склонность
к философии и серьезной литературе времен античности.

Однако естествознание развивалось и в
средневековой Европе; причем его развитие шло по самым разным путям. Особо
необходимо упомянуть поиски алхимиков и влияние университетов, которые были
чисто европейским порождением. Огромное число открытий в алхимии было сделано
косвенно. Недостижимая цель (философский камень, человеческое бессмертие)
требовала конкретных шагов, и, благодаря глубоким знаниям и скрупулезности в
исследованиях, алхимики открыли новые законы, вещества, химические элементы.
Подобным образом был открыт, например, мейсенский фарфор.

С XIII в. в Европе начинают появляться университеты. Самыми
первыми были университеты в Болонье и Париже. Благодаря университетам возникло сословие
ученых и преподавателей христианской религии, которое можно считать фундаментом
сословия интеллектуалов.

Этап, называемый «научной революцией». Периодом
«научной революции» иногда называют время между 1543 и 1687 гг. (Д. Реале, Д.
Антисери). Первая дата соответствует публикации Н. Коперником работы «Об
обращениях небесных сфер»; вторая – И. Ньютоном «Математические начала
натуральной философии». Все началось с астрономической революции Коперника,
Тихо Браге, Кеплера, Галилея, которая разрушила космологию Аристотеля –
Птолемея, просуществовавшую около полутора тысяч лет. Коперник поместил в центр
мира не Землю, а Солнце; Тихо Браге – идейный противник Коперника – устранил
материальные сферы, которые, согласно старой космологии, обусловливают движение
планет, а идею материального круга (сферы) заменил современной идеей орбиты;
Кеплер вместо круговых орбит ввел эллиптические; Галилей показал ошибочность
различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу,
что и Земля, и формируя принцип инерции. Данный ряд ученых завершает Ньютон,
который в своей теории гравитации объединил физику Галилея и физику Кеплера.

В течение этого периода изменился не
только образ мира. Изменились и представления о человеке, о науке, об ученом, о
научном поиске и научных институтах, об отношениях между наукой и обществом,
между наукой и философией, между научным знанием и религиозной верой. Выделим
во всем этом следующие основные моменты.

1. Земля, по Копернику, – не центр Вселенной,
созданной Богом, а небесное тело, как и другие. Но если Земля – обычное
небесное тело, то не может ли быть так, что люди обитают и на других планетах?

2. Наука становится не привилегией
отдельного мага или просвещенного астролога, не комментарием к мыслям
авторитета (Аристотеля), который все сказал. Теперь наука – исследование и
раскрытие мира природы, ее основу теперь составляет эксперимент. Появилась
необходимость в специальном строгом языке.

3. Наиболее характерная черта возникшей
науки – ее метод. Он допускает общественный контроль, и именно поэтому наука
становится социальной.

4. Начиная с Галилея, наука намерена
исследовать не что, а как, не субстанцию, а функцию. Галилей пишет: «Поиск
сущности я считаю знанием суетным и невозможным, а затраченные усилия – в
равной мере тщетными, как в случае с удаленными небесными субстанциями, так и с
ближайшими и элементарными; и мне кажется, что одинаково неведомы как
субстанция Луны, так и Земли, как пятен на Солнце, так и обыкновенных облаков…
Но если тщетно искать субстанцию солнечных пятен, это еще не значит, что нами
не могут быть исследованы некоторые их характеристики, например место,
движение, форма, величина, непрозрачность, способность к изменениям, их
образование и исчезновение».

Развитие научной революции осуществили
мыслители, имена которых в памяти человечества закрепились в виде двух пар:
Тихо Браге – Кеплер, Галилей – Ньютон. Браге ввел в практику наблюдение планет
во время их движения по небу. все предыдущие астрономы наблюдали планеты только
тогда, когда они находились в наиболее удобных положениях. Кроме того, изучая
кометы, Браге понял, что они пересекают сферы движения различных планет, а это
означает, что никаких сфер нет. В результате подобных обобщений Браге ввел
понятие орбиты, а применительно к кометам – орбиты овальной. Однако наиболее
полную обработку результатов наблюдений Тихо Браге осуществил его ученик
Кеплер, который понял, что орбиты планет эллиптические. Он количественно описал
характер движения планет по этим орбитам. Движущей силой, приводящей планеты в
движение, Тихо браге считал магнетическую силу Солнца.

Галилей обосновал автономию научного
мышления и две новые отрасли науки: статику и динамику. Он «подвел фундамент»
под выдающиеся обобщения Ньютона, которые мы рассмотрим далее.

НАУЧНЫЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ Основной
метод исследований Нового времени – научный эксперимент, который отличается от
всех возможный наблюдений тем, что предварительно формулируется гипотеза, а все
наблюдения и измерения направлены на ее подтверждение или опровержение.

Экспериментальный метод начал готовить
к разработке еще Леонардо да Винчи (1452-1519). Но Леонардо жил за сто лет до
этой эпохи, и у него не было соответствующих технических возможностей и
условий.

К середине XVII в. выдающийся астроном Гевелий изготовил первую карту
Луны. Именно он впервые предложил принятые в настоящее время названия темных
пятен Луны – океаны и моря.

Причина цветов тел была установлена
Ньютоном. Его теория цветов представляет собой одно из выдающихся достижений
оптики, сохранившее значение до настоящего времени. Она была противопоставлена
воззрениям Аристотеля, согласно которым цвета получаются путем смещения белого
и черного, света и тьмы. Например, красный цвет огня объясняли тем, что образующийся
дым затемняет свет. И даже Кеплер придерживался подобных взглядов. Ньютон также
начал разработку эмиссионной и волновой теорий света, современный фундамент
которой создал Гюйгенс.

РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Польский
астроном Н. Коперник в труде «Об обращении небесных сфер» предложил
гелиоцентрическую картину мира вместо прежней птолемеевой (геоцентрической).
Она явилась продолжением космологических идей Аристотеля, и на нее опиралась
религиозная картина мира. Заслуга Н. Коперника состояла также в том, что он
устранил вопрос о «перводвигателе» движения во вселенной, так как, согласно его
учению, движение является естественным свойством всех небесных и земных тел.
Вполне понятно, что его учение не соответствовало мировоззрению католической
церкви, и с этого времени начинается противостояние науки и церкви по главным
вопросам, касающимся природы.

Один из них, австрийский астроном и
математик конца XVI и первой трети XVII в. Иоганн Кеплер, установил три закона движения
планет вокруг солнца. В первом законе утверждается, что каждая планета движется
по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму
закону Кеплера, радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете в равные
промежутки времени, описывает равные площади. Третий закон звучит так: квадраты
времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний
от него. На основе этих законов можно было описать движение планет вокруг
Солнца. Но Кеплер не объяснил причины движения планет. Это стало возможным
только после создания ньютоновой механики, в которой вводились понятия силы и
взаимодействия.

Первый закон механики Ньютона – это
принцип инерции, сформулированный Галилеем. Во втором законе механики Ньютон
утверждает, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально
приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела. И третий закон
механики Ньютона есть закон действия и противодействия: действия двух тел друг
на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению. И еще один
закон, предложенный Ньютоном, закон всемирного тяготения, звучит так6 все тела
взаимно притягиваются прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально
квадрату расстояния между ними. Это – универсальный закон природы, на основе
которого была построена теория Солнечной системы.

Механика Ньютона поражает своей
простотой. Она имеет дело с материальными точками и расстояниями между ними и ,
таким образом, является идеализацией реального физического мира. Но благодаря
этой простоте стало возможным построение замкнутой механической картины мира.
Главный труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», вышедший
в свет в 1687 г.,
был высоко оценен его современниками и последующими поколениями физиков. Его
теория использовала строгий математический аппарат и опиралась на научный
эксперимент. Именно такая тенденция наметилась в физике после его работ.

Следующая научная революция, после
которой резко изменилась система взглядов и подходов, также связана с физикой.
Это произошло в конце XIX – начале XX столетия, когда стало ясно, что притязания создателей
классической механики на универсальность этой теории не оправдались. Толчком к
построению новой физической картины мира послужил ряд новых экспериментальных
фактов, которые не могли быть описаны в рамках старых теорий, как это обычно
бывает в науке. К таким фактам относятся, прежде всего, исследования Фарадея по
электрическим явлениям, работы Максвелла и Герца по электродинамике, изучение
явления радиоактивности Беккерелем, открытие первой элементарной частицы
(электрона) Томсоном и т.д.

Проникая в область микромира, физики
столкнулись с неожиданными проявлениями физической реальности, для описания
которой возникла потребность в новой теории, ибо сделать это с помощью
классической механики не удавалось. Точнее говоря, в то время были четко
очерчены границы применимости классической механики – макромир. В микромире
царила статистическая закономерность. поэтапно, благодаря работам ряда физиков
и главным образом Бора, Гейзенберга, Шредингера, Планка, де Бройля и других,
была построена физическая теория микромира, создана квантовая механика.
Согласно этой теории, движение микрочастиц в пространстве и времени не имеет
ничего общего с механическим движением макрообъектов и подчиняется соотношению
неопределенностей: если известно положение микрочастицы в пространстве, то
остается неизвестным ее импульс и наоборот.

В 1905 г. а. Эйнштейн создал
специальную теорию относительности, в которой свойства пространства и времени
связаны с материей и вне материи теряют смысл. Эта теория дает преобразование
пространственных и временных координат тел, которые двигаются со скоростями, сравнимыми
со скоростью света. Вторая часть теории, которая называется общей теорией относительности, связывает
присутствие больших гравитационных полей (или массы) с искривлением
пространства. Эта часть теории используется в космологических моделях.

ВОПРОСЫ
ДЛЯ СЕМИНАРОВ

1. Каковы особенности натурфилософского познания
природы?

2. В чем смысл основных
натурфилософских идей Гераклита?

3. Каковы цели и идеалы школы Пифагора?

4. что такое пифагорейский взгляд на
мир?

5. Назовите основные положения
атомистического учения Демокрита.

6. Как выглядит круг научных интересов
и достижений Аристотеля?

7. В чем заключается содержание «системы
мира» К. Птолемея?

8. Что внесли в науку Архимед,
Гиппократ и Евклид?

9. Что такое научная революция7

10. В чем смысл достижений
биологической науки XIX в.?