стр. 1
(общее количество: 6)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>





Г.И. Рузавин




Концепции
современного
естествознания



Рекомендовано Министерством
общего и профессионального образования
Российской Федерации
в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений











ЮНИТИ
UNITY
Москва · 2000




ББК 20я73
Р 83



Рецензенты:
кафедра философии науки МГУ им. М.В. Ломоносова
и д-р биол. наук, акад. В. Г. Манусаджян



Главный редактор издательства Н.Д. Эриашвили


Рузавин Г.И.
Р 83 Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 2000. - 287 с.
ISBN 5-85178-044-4.

Учебник подготовлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и предназначен для студентов гуманитарных специальностей вузов.
Освещаются важнейшие концепции современного естествознания, имеющие важное значение для формирования науч-ного мировоззрения и общей культуры студентов.
Учебник может быть полезен и для широкого круга читателей.


ISBN 5-85178-044-4 ББК 20я73


© Г.И.Рузавин, 1997
© ЮНИТИ, 1997

Введение

Предлагаемое учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и предназначено для студентов гуманитарных специальностей вузов. Но так как в процессе прохождения курса они не изучают естественно-научные дисциплины, при изложении материала приходилось ограничиваться минимумом конкретных сведений из естествознания. Основное внимание согласно программе было обращено на раскрытие и освещение важнейших концепций современного естествознания, имеющих важное значение для формирования научного мировоззрения и общей культуры студента.
В истории науки и философии существуют две крайние точки зрения по вопросу о соотношении естественно-научной и гуманитарной культур. Сторонники первой из них заявляют, что именно естествознание с ее точными методами исследования должно стать образцом, которому должны подражать гуманитарные науки. Наиболее радикальными представителями этой точки зрения являются позитивисты, которые считают идеалом науки математическую физику, а методом построения любого научного знания - аксиоматико-дедуктивный способ математики. Защитники противоположной позиции справедливо утверждают, что подобный взгляд не учитывает всей сложности и специфики гуманитарного исследования и потому является явно утопическим и мало продуктивным. Некоторые крайние ее сторонники даже отказываются признать какую-либо общность и единство между гуманитарным и естественно-научным познанием. К их числу относятся многие представители возникшего еще в прошлом веке антипозитивистского направления в истории, социологии, психологии и других гуманитарных науках.
В последние годы под влиянием научно-технической революции и возникновения таких новых общенаучных методов исследования, как системный подход, концепции самоорганизации и эволюции, прежняя конфронтация между естествоиспытателями и гуманитариями значительно ослабла. Гуманитарии поняли важность и необходимость использования в своей науке не только технических и информационных средств естествознания и точных наук, но и эффективных общенаучных методов исследования, которые первоначально возникли в рамках естествознания.
Повышение общего кругозора, культуры мышления и формирования научного мировоззрения студента-гуманитария во многом определяется его знакомством и усвоением наиболее важных концепций, которые выработало естествознание на протяжении всей истории своего развития. Поэтому мы предприняли попытку проанализировать именно эти концепции. Среди них наиболее фундаментальными нам представляются концепции системного подхода, самоорганизации и эволюции.
Системный подход, получивший широкое распространение в современном научном познании, ориентирует исследователя на целостный охват изучаемых процессов и явлений в их взаимосвязи и взаимодействии с другими явлениями и тем самым предостерегает его от односторонности, неполноты и ограниченности результатов.
Эволюционный взгляд на явления, события и процессы помогает понять их роль в общем процессе развития, а самоорганизация раскрывает некоторые внутренние механизмы эволюции.
Перечисленные основные концепции естествознания составляют по сути дела ядро современной научной картины мира. Опираясь на них, мы можем правильно понять и объяснить все остальные концепции естествознания, раскрывающие хотя и общие, но специфические стороны, связи и отношения процессов природы.
На этих соображениях и основана структура учебного пособия. В первых двух главах учебного пособия дается общая характеристика естественно-научной и гуманитарной культур и рассматривается вопрос о научной картине природы. В остальных главах освещаются наиболее важные концепции естествознания.
Глава 1. Естественно-научная и гуманитарная культура

В методологии науки под этими терминами понимают две различные традиции, которые сформировались в изучении природы, т.е. в естествознании, с одной стороны, и исследовании явлений духовной жизни общества, т.е. в гуманитарных науках, с другой. Это различие обусловлено самой спецификой объектов изучения естественных и гуманитарных наук.
В то время как в природе действуют слепые, стихийные и независимые от человека процессы, в обществе ничего не совершается без сознательных целей, интересов и мотиваций. На этом основании естественно-научную культуру нередко противопоставляют культуре гуманитарной. Поскольку методы исследования в естествознании сформировались раньше, чем в гуманитарных науках, то в истории познания делались неоднократные попытки перенести их целиком и полностью, без соответствующих изменений и уточнений, в гуманитарные науки.
Такие попытки не могли не встретить сопротивления и критики со стороны специалистов, изучавших явления социальной жизни и духовной культуры. Иногда подобное сопротивление сопровождалось полным отрицанием какого-либо значения методов естествознания для исследования социально-культурных и гуманитарных процессов. Однако в последние десятилетия под влиянием научно-технической революции и возникновения новых общенаучных и междисциплинарных направлений исследования былая конфронтация между естествоиспытателями и гуманитариями все больше уступает место согласию и стремлению понять и использовать методы друг друга.
Мы являемся свидетелями того, как социологи, юристы, педагоги и другие специалисты-гуманитарии начинают применять системный подход, идеи и методы кибернетики и теории информации в своих исследованиях. Поэтому представляется весьма важным познакомиться с основными концепциями современного естествознания, во-первых, чтобы сознательно применять их в своей деятельности, во-вторых, чтобы получить более ясное и точное представление о современной научной картине мира, которую дает сегодняшнее естествознание.

1.1. Две традиции в объяснении, понимании и предсказании явлений

Наиболее отчетливо различие между естественнонаучной и гуманитарной культурами выражается в истолковании их подхода к основным функциям науки, важнейшие из которых - объяснение, понимание и предсказание явлений.

Объяснение в самой общей форме можно определить как подведение явления, факта или события под некоторый общий закон, теорию или концепцию.

Действительно, чтобы объяснить, например, факт, необходимо логически вывести высказывание о факте из определенного общего высказывания или утверждения, в качестве которых чаще всего выступают законы и теории. Мы должны постараться найти такое высказывание и подвести под него конкретный факт, случай или событие. Чтобы объяснить, почему яблоки падают на землю, Ньютону, по малоправдоподобной легенде, пришлось открыть закон всемирного тяготения. В экономике для объяснения равновесия на рынке обращаются к закону спроса и предложения. Нередко различают разные уровни объяснения. Так, чтобы объяснить расширение стержня, указывают на непосредственно наблюдаемый факт - его нагревание, но для более глубокого объяснения этого явления физики привлекают молекулярно-кинетическую теорию вещества. Согласно этой теории при нагревании происходит увеличение величины свободного пробега молекул, вследствие чего соответственно возрастают размеры тела.
В естествознании первоначально преобладали причинные объяснения, когда для этого использовались простейшие эмпирические законы. Именно с такого рода объяснениями мы встречаемся уже в механике. Мы говорим, что причиной ускорения движения тела служит приложенная к нему сила. Подобного рода каузальные, или причинные, законы отображают регулярные, повторяющиеся связи между явлениями, когда одно из них служит причиной возникновения или происхождения другого. С дальнейшим развитием науки становилось все более очевидным, что причинные законы составляют лишь часть обширного класса научных законов. Поэтому объяснения с помощью законов в настоящее время называют помологическими. В принципе объяснение может быть осуществлено с помощью любых общих высказываний, начиная от эмпирического обобщения и кончая сложнейшими научными теориями или системой теорий. Действительно, уже простое обобщение можно считать объяснением, ибо оно охватывает множество отдельных конкретных случаев, рассматриваемых с некоторой общей точки зрения. Однако ценность таких объяснений невелика, особенно когда для этого выбирается общее свойство или признак несущественного, второстепенного характера. В отличие от этого объяснения, опирающиеся на законы и теории науки, характеризуются особой надежностью, так как устанавливаются и проверяются очень тщательно.
Особый интерес представляет проблема объяснения посредством законов в естествознании и гуманитарных науках, по которой до сих пор не прекращаются споры. Они вызваны главным образом тем обстоятельством, что в ряде гуманитарных наук, например в истории, трудно подвести индивидуальные и неповторимые события и явления под какой-либо общий закон или теорию. Поэтому есть немало историков, которые решительно возражают против переноса естественно-научных методов объяснения в исторические исследования. С другой стороны, некоторые философы с не меньшим упорством отстаивают взгляд, что исторические и другие гуманитарные события и явления также в принципе поддаются объяснению с помощью общих законов и теорий. Вся беда, по их мнению, состоит в неразработанности концептуального аппарата многих гуманитарных наук, в частности исторических.
Что касается характера законов, на которые должны опираться гуманитарные объяснения, то мнения здесь решительно расходятся. Одни считают, что такие законы весьма просты и тривиальны и поэтому не заслуживают особого анализа. Другие, напротив, заявляют, что они слишком сложные и запутанные и их предстоит еще открыть, чтобы объяснения исторических событий стали адекватными. Третьи полагают, что для объяснения исторических событий и деятельности людей, участвующих в них, следует обратиться к так называемым телеологическим, или финалистским, объяснениям, которые опираются не на причинные законы или даже не на законы вообще, а на раскрытие целей, намерений и мотивов поведения и деятельности людей. Телеологические объяснения известны еще со времен античности и ими пользовался основоположник классической логики Аристотель. Однако под влиянием быстро развивающегося естествознания, в частности физики и химии, которые широко применяли для объяснения причинные законы, к телеологическим объяснениям стали прибегать все реже и реже. Интерес к ним возродился только после того, когда стало ясно, что причинные объяснения оказываются большей частью неадекватными в гуманитарной области.
Среди историков и других ученых-гуманитариев есть также немало исследователей, которые заявляют, что методы объяснения оказываются вообще бесполезными в гуманитарных науках, поскольку в них главное внимание должно быть обращено не столько на общность, сколько на индивидуальность, неповторимость и даже уникальность событий и явлений духовной и социальной жизни. Поэтому они считают главным или даже почти единственным способом их исследования метод понимания, связанный с их истолкованием.

Пониманием называют способ, посредством которого можно интерпретировать или истолковывать явления и события индивидуальной духовной жизни и гуманитарной деятельности.

Такой метод часто называют герменевтическим, по имени древнегреческого бога Гермеса, который, согласно легенде, служил посредником между людьми и богами Олимпа. Поскольку смертные люди не понимали божественный язык, то Гермес выступал как переводчик и истолкователь воли богов.
В гуманитарной методологии различают два подхода к процессу понимания, которые условно можно назвать психологическим и теоретическим. К психологическому относят понимание, основанное на переживании одним человеком духовного опыта другого, его чувств, настроений, мотиваций и т.п. С такой точки зрения понимание в основном достигается путем эмпатии, т.е. воплощения, вчувствования, проникновения в духовный мир другого человека. Грубо говоря, чтобы понять другого человека, например, автора художественного произведения давней эпохи, необходимо влезть в его "шкуру" и внутренне пережить то, что пережил автор.
Подобный взгляд на понимание был широко распространен в прошлом веке среди теоретиков и историков искусства, литературоведов и критиков, а также других гуманитариев. Наиболее видным представителем этого направления был известный немецкий историк искусства и теоретик герменевтики Вильгельм Дильтей (^883-1911). Хотя прием перевоплощения в другого человека, вчувствования и проникновения в его духовный мир, несомненно, приносит пользу, тем не менее условия жизни, конкретные события и процессы, которые наблюдал, скажем, У. Шекспир (1564-1616), а тем более древний грек Еврипид (ок. 480-406 до н.э.), существенно изменились. Поэтому современный исследователь не может наблюдать их теперь, к тому же о прошлой эпохе, его нравах, обычаях и духовной жизни он судит с точки зрения сегодняшних идей, нравов и представлений. В лучшем случае он может размышлять о прошлом, опираясь лишь на некоторые аналогии и предположения.
Теоретическое понимание основывается прежде всего на интерпретации, или истолковании, определенных фактов, событий и процессов. Суть интерпретации в гуманитарной деятельности состоит в раскрытии целей, мотиваций и смысла действий и поступков людей. В этом отношении такое понимание сближается с телеологическими объяснениями.
Исторически герменевтика возникла из опыта работы над текстами, которые были написаны на древних языках, плохо сохранились, трудно поддаются переводу, а потому их нелегко понять. Чтобы их понял современный читатель, необходимо прежде всего раскрыть их смысл. Нередко понимание сводят только к раскрытию и усвоению того смысла, который вложил в текст его автор. Считается, что если мы раскрыли этот смысл, то тем самым поняли его. Именно так рассматривают понимание не только в обыденном познании и обучении, но и при переводе текстов с чужого языка на родной. Есть немало переводчиков, которые решительно заявляют, что их главная цель состоит в том, чтобы полностью, без искажений и собственных добавлений донести до читателя смысл авторского текста. На первый взгляд такое требование выглядит вполне убедительно, но если вникнуть в него глубже, то ясно обнаруживается его ограниченность. В самом деле, почему люди разных эпох восторгаются творениями великих мастеров литературы, живописи и музыки? Разумеется, прежде всего это объясняется тем, что в них выражаются глубокие общечеловеческие проблемы, тревоги и надежды, но не только это привлекает к ним внимание. Ведь, если бы интерпретаторы равных эпох раскрывали лишь авторский смысл, то все свелось бы к непрерывному воспроизведению того же самого. На самом деле каждый, кто берется, например, ставить пьесы Шекспира или античные трагедии Еврипида, добавляет к ним свой, собственный смысл, выражающий представления и идеи его времени, и тем самым обогащает первоначальный авторский смысл. От этого, если за дело берется подлинный художник, оригинальное произведение только выигрывает.
Несколько труднее обстоит дело с интерпретацией исторических событий, но и они истолковываются обычно с позиций и результатов, достигнутых в настоящее время. Это, конечно, не означает возврата к лозунгу: "история - есть политика, опрокинутая в прошлое", предполагающего предвзятое, неисторическое истолкование прошлых событий. В то же время нельзя не признать, что взгляд с более высокой позиции, обоснованный и обогащенный опытом новых поколений, дает возможность лучше понять тенденции исторического развития, а тем самым и прошлые события.
Можно ли говорить о понимании природы? Очевидно, что непосредственно этого утверждать нельзя, поскольку в явлениях природы не существует ни целей, ни намерений, ни мотивов, а тем самым и вложенного кем-то смысла. Думать иначе означало бы возвратиться к антропоморфизму, т.е. наделению природы особенностями, которые присущи только человеку. В то же время для исследования явлений природы мы вводим понятия, открываем законы и строим научные теории, с помощью которых интерпретируем эти явления. А это означает, что мы достигаем определенного понимания существующей в природе регулярности, повторяемости и закономерности, но такое понимание по своему характеру оказывается в определенной степени ближе к естественно-научному объяснению. В целом понимание представляет собой более сложный, противоречивый и запутанный процесс, чем объяснение. Различие между ними состоит в том, что если объяснение сводится к логическому выводу, то понимание - к интерпретации. К логическому выводу обращаются и при предвидении событий, явлений и иных новых фактов.

Предвидение, или предсказание, по логической структуре не отличается от объяснения и основывается также на выводе высказываний о фактах из общих утверждений (законов а теории), но сама факты остаются гипотетическими, неизвестными и их предстоит еще открыть.

В то время как объяснение относится к событиям и фактам настоящим, а часто и к прошлым (археология, история, палеонтология), предвидение направлено к будущим событиям!. Оно играет решающую роль не только в развитии теоретического знания, но особенно в процессе практического применения этого знания, обеспечивая возможность прогнозирования явлений и событий. Известная максима "знать, чтобы предвидеть" достаточно ясно выражает роль предвидения в практической деятельности. Другая особенность предсказаний связана с вероятностным их характером. Это в особенности относится к предсказанию социальных и гуманитарных событий и процессов, которые опираются не на универсальные законы, а законы статистические, вероятностные. Как будет показано в дальнейшем, заключения, полученные из статистических законов, всегда имеют вероятностный или правдоподобный, а не достоверный характер. В этом отношении предсказания в социальных и гуманитарных науках п”о своей точности далеко отстают от предсказаний в естественных науках, в особенности наиболее развитых. Хорошо известно, с какой точностью астрономы вычисляют солнечные и лунные затмения, а физики предсказывают результаты процессов, происходящих внутри атомов и ядер.
От чего зависят точность и однозначность предсказаний, с чем они связаны? Почему предсказания социальных и гуманитарных наук лишь вероятны?
Иногда говорят, что гуманитарные и социальные науки не достигли еще той степени теоретической зрелости, которая присуща так называемым точным наукам (астрономия, механика, физика, химия >и др.). В этом утверждении есть доля истины, но далеко не вся истина. В действительности точность предсказаний напрямую зависит от характера исследуемых наукой процессов. Если в механике и астрономии предсказания опираются на общие, универсальные законы, какими являются, например, основные законы динамики и закон всемирного тяготения Ньютона, то в социологии и психологии приходится ограничиваться полуэмпирическими законами статистического характера.
Выходит, что чем сложнее процессы, которые изучает та или иная наука, тем труднее абстрагироваться в ней от целого ряда свойств и особенностей этих процессов, их связи и взаимодействия с другими процессами. Поэтому общий, совокупный результат их действия предсказать довольно трудно. Следует особо подчеркнуть также роль субъективного фактора в социально-гуманитарном познании, что делает прогнозы в этой сфере не точными и достоверными, а лишь вероятными в той или иной степени.

1.2. Позитивизм и антипозитивизм в методологии науки

Поскольку методы исследования и способы объяснения, понимания и предсказания в естествознании были разработаны значительно раньше, чем в социальных и гуманитарных науках, то уже давно предпринимались попытки целиком перенести их в сферу общественных наук. Однако впервые такая программа была ясно сформулирована известным французским философом и социологом Огюстом Контом (1798-1857) в его "Курсе позитивной философии ":

... Положительная философия указывает на однообразный прием рассуждения, приложимый ко всем предметам, подлежащим человеческому исследованию.

Для Конта именно позитивные, или положительные науки, к которым он относил прежде всего науки о природе, не нуждаются в какой-то особой философии, стоящей над ними и указывающей им приемы и методы исследования. Наука - сама себе философия, так можно было бы кратко выразить суть контовского позитивизма. Основное свойство науки, которую Конт называет позитивной философией, состоит, по его мнению в том, что "положительную философию можно считать единственной прочной основой общественного преобразования".
Враждебное отношение Конта к традиционной философии легко понять, если учесть, что вплоть до середины прошлого века была широко распространена натурфилософия, представители которой пытались объяснить явления и процессы природы не с помощью наблюдений и экспериментов и последующего их теоретического анализа, а исключительно посредством чисто спекулятивных умозрительных построений. Что касается проблем объяснения и понимания социальных процессов и явлений, то сторонники позитивизма пытались свести их к уже открытым, существующим закономерностям естествознания. Сам Конт, например, рассматривал социологию как своего рода социальную физику, в которой вместо атомов фигурируют человеческие индивидуумы. Неудачи редукции, или сведения, социальных законов к физическим позитивисты объясняли недостаточной теоретической зрелостью социальных наук.
Современный позитивизм унаследовал не только многие черты старого, но и добавил к ним ряд новых. Наряду с провозглашением лозунга о всеобщем, едином, универсальном методе познания для всех наук, он подчеркивает особое значение логики для построения системы научного знания, его унификации. В связи с этим современный позитивизм часто называют логическим позитивизмом. Идеалом для всех наук они провозглашают математическую физику, которая строится в соответствии с требованиями дедуктивно-аксиоматического метода. По такому методу, как известно, строится элементарная геометрия Евклида, в которой сначала перечисляются аксиомы и основные понятия геометрии, а затем из них по правилам логики выводятся или доказываются теоремы. В математической физике вместо аксиом используются законы физики. Нетрудно понять, что на такой идеал можно ориентироваться лишь в законченном исследовании или в учебнике для изложения достигнутых результатов в той или иной отрасли знания. Совсем иначе обстоит дело в реальной исследовательской практике, направленной на получение в первую очередь новых знаний, а не на их классификацию и систематизацию. Наконец, отличительной особенностью современного позитивизма является ориентация на эмпирическое обоснование полученных в науке результатов. Все, что не может быть таким путем обосновано, объявляется ненаучным, метафизическим и спекулятивным. В связи с таким требованием современный позитивизм нередко называют позитивизмом эмпирическим.
В 50-е годы нашего века современный позитивизм, который в отличие от старого называют также неопозитивизмом, подвергся резкой критике как со стороны ученых-естествоиспытателей, так и антипозитивистски настроенных философов. Было показано, что принципы, на которые опирается неопозитивизм, не согласуются с реальной практикой научных исследований, они ограничивают творческие возможности ученых и рассматривают науку не в процессе поиска новых истин, не в движении и развитии, а в виде готовых истин и результатов.
Особенно острым нападкам неопозитивизм подвергся со стороны представителей социальных и гуманитарных наук, в частности сторонников герменевтики, диалектики, философии жизни, экзистенциализма и др. Они убедительно доказывали, что неопозитивистские идеи совсем не подходят для анализа весьма сложных, противоречивых и запутанных явлений социальной жизни, где приходится учитывать взаимодействие объективных и субъективных факторов, специфику эмпирических и рациональных методов познания, особую роль теоретических представлений в открытии новых фактов и т. п. Благодаря резкой, но справедливой и обоснованной критике неопозитивизм утратил теперь свое доминирующее влияние в естествознании, а его сторонники пересмотрели свои прежние взгляды и многие из них примкнули к влиятельному направлению аналитической философии.

1.3. Единство науки и научный метод

Если окружающий нас мир представляет собой единое и целостное образование, в котором предметы и явления находятся во взаимосвязи и взаимодействии, то адекватное представление о нем должно быть отражено в единстве всего нашего знания. В отличие от позитивистской унификации наук подлинное единство научного знания формируется в диалектическом процессе взаимодействия дифференциации и интеграции знания в ходе эволюции конкретных наук.
В прошлом было широко распространено мнение, что развитие науки происходит путем постепенного, непрерывного накопления все новых и новых научных истин. Такой взгляд, названный кумулятивизмом, в лучшем случае может относиться к отдельным этапам и периодам развития науки, но не отражает целостной картины ее развития, ибо на протяжении более длительных периодов наблюдается пересмотр прежних представлений и концепций. Поэтому развитие любой науки не сводится к простому процессу кумуляции или накопления знаний.
Наиболее радикальные изменения в науке связаны с научными революциями, которые сопровождаются пересмотром, уточнением и критикой прежних идей, программ и методов исследования, т. е. всего того, что теперь называют парадигмой науки. Переход к новой парадигме связан с взаимодействием и развитием двух дополняющих друг друга процессов дифференциации и интеграции знания.

Дифференциация научного знания служит необходимым этапом в развитии науки и она направлена на более тщательное и глубокое изучение отдельных явлений и процессов определенной области действительности.

В результате такого исследования появляются отдельные научные дисциплины со своим предметом и специфическими методами познания. Как известно, в ранней античной Греции не существовало строгого разграничения между конкретными областями исследования и отдельных научных дисциплин как таковых. Все известные знания, предположения и приемы изучения явлений природы рассматривались в рамках философии как нерасчлененной области знания. Впервые отдельные естественно-научные дисциплины возникают в эпоху Возрождения, когда появляется экспериментальное естествознание.
Изучение природы должно было начаться с установления законов такой простейшей формы движения материи, какой являются механические процессы. Занявшись экспериментальным исследованием свободно падающих тел, выдающийся итальянский ученый Галилео Галилей (1562-1642) сформулировал управляющие ими законы и заложил основы механики, которую превратил в научную дисциплину знаменитый английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727). Вслед за этим постепенно формируются физика, химия, биология и другие фундаментальные науки о природе. По мере дальнейшего научного прогресса происходит ускоренный процесс появления все новых и новых научных дисциплин и их ответвлений. Хотя при этом значительно возрастают точность и глубина наших знаний о явлениях природы, одновременно ослабевают связи между отдельными научными дисциплинами и взаимопонимание между учеными. В наше время дело доходит до того, что специалисты разных отраслей одной и той же науки нередко не понимают ни теорий и методов исследования других отраслей, ни ее конечных результатов. Таким образом, дисциплинарный подход грозит, превратить единую науку в совокупность обособленных, изолированных, узких областей исследования, в силу чего ученые перестают видеть место и значение своей работы для познания единого, целостного объективного мира.
К счастью, сама наука выработала средства и методы для преодоления ограниченности чисто дисциплинарного подхода к изучению мира. Новый подход принято называть интегративным, или междисциплинарным, хотя последний термин менее точен. Прежде чем наука могла перейти к междисциплинарным и тем более интегративным исследованиям в целом, она должна была заняться изучением отдельных групп явлений, их элементов и особенностей. Именно такому этапу соответствует дисциплинарный подход, ориентированный на изучение специфических, частных закономерностей конкретных явлений и процессов. Однако по мере развития научного познания становилось все более очевидным, что такой подход не способствует открытию более глубоких общих закономерностей, которые управляют подобными явлениями, а тем более фундаментальных законов, относящихся к взаимосвязанным классам явлений и целых областей природы. С помощью таких законов как раз и раскрываются единство природы, взаимосвязь и взаимодействие составляющих ее объектов и процессов. Именно поэтому фундаментальные интегративные законы отображают единство и целостность природы.

Интеграция научного знания осуществляется в различных формах, начиная от применения понятий, теорий и методов одной науки в другой и кончая возникшим в нашем столетии системным методом.

Когда биология начала использовать физические методы в своих исследованиях, она достигла впечатляющих результатов, которые завершились возникновением на стыке биологии и физики новой науки - биофизики. Аналогичным образом возникли биохимия, геофизика, геохимия и другие науки. Особое значение в наше время приобретает системный метод, который дает возможность рассматривать предметы и явления в их взаимосвязи и целостности. Именно поэтому системный метод является наиболее эффективным средством интегративных исследований.

Научный метод представляет собой яркое воплощение единства всех форм знаний о мире. Тот факт, что познание в естественных, технических, социальных и гуманитарных науках в целом совершается по некоторым общим принципам, правилам и способам деятельности, свидетельствует, с одной стороны, о взаимосвязи и единстве этих наук, а с другой - об общем, едином источнике их познания, которым служит окружающий нас объективный реальный мир: природа и общество.

Хотя конкретные, частные, специальные приемы и способы исследования в разных науках могут заметно отличаться друг от друга, но общий подход к познанию, метод исследования остается в сущности тем же самым. В этом смысле частные приемы и методы познания, используемые в конкретных науках, можно охарактеризовать как тактику исследования, а общие принципы и методы - как его стратегию.
Исторически метод формируется первоначально в рамках практической деятельности как требование соблюдения определенной последовательности действий в процессе изготовления необходимых человеку предметов и орудий, а также производства материальных благ вообще. С отделением умственного труда от физического, возникновением науки появляется необходимость в изучении способов получения новых знаний, а для анализа и оценки различных методов - особое учение о методе, названное методологией.
Поскольку метод служит для получения объективно истинных знаний о мире, постольку он должен выступать в роли аналога той области мира, для изучения которой предназначен. Конечная же цель познания заключается в открытии тех объективных законов, которые управляют соответствующими явлениями. Опираясь на открытые наукой законы, в' дальнейшем можно их использовать в качестве специфического метода исследования других частных явлений данной области. Например, методы электромагнетизма могут быть с успехом использованы для изучения конкретных электрических, магнитных и даже оптических процессов. В отличие от этого в методологии обычно выделяют общие методы исследования, используемые большинством наук на разных этапах познавательной деятельности.
На эмпирической, или опытной, стадии используются главным образом методы, опирающиеся на чувственно-наглядные приемы и способы познания, к которым относят систематические наблюдения, эксперимент и измерения.
Наблюдения являются первоначальным источником информации, но в науке они существенным образом зависят от теории. Ведь прежде чем что-то наблюдать, необходимо располагать какой-либо идеей, предположением или просто догадкой, что следует искать. Поэтому можно сказать, что в науке редко бывают открытия, связанные с совершенно случайными, заранее не предусмотренными наблюдениями. Систематичность, контролируемость и тщательность - характерные требования для научного наблюдения.
Эксперимент - важнейший метод эмпирического исследования, который специально ставится так, чтобы можно было наблюдать процессы и явления в условиях, меньше всего подверженных воздействию посторонних факторов. В этом смысле он может быть уподоблен абстрактному рассмотрению интересующих нас явлений, т. е. проводиться в изоляции и ограничении действия несущественных факторов. Со времени Галилея, впервые осуществившего контролируемый и математически обработанный эксперимент, многие естественные науки совершили гигантский скачок в своем развитии именно благодаря эксперименту. Поэтому этот метод и получил наибольшее применение в естествознании. В настоящее время эксперимент значительно усложнился как по своей технической оснащенности, так и по взаимодействию с теорией, что нашло свое выражение в появлении теории планирования эксперимента и методах статистической обработки его результатов.
Измерения не являются особым эмпирическим методом, а составляют необходимое дополнение любого серьезного научного наблюдения и эксперимента. В настоящее время для обработки их результатов применяется новейшая статистическая техника и вычислительные методы, использующие компьютеры.
На теоретической стадии прибегают к абстракциям и образованию понятий, строят гипотезы и теории, открывают законы науки. Процесс исследования начинается не с накопления фактов, как ошибочно полагают эмпиристы, а с выдвижения проблемы. Последняя свидетельствует о возникновении трудности в развитии науки, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить и понять с помощью старых теорий. Возникшая проблемная ситуация требует четко определить, какие факты и в чем не согласуются со старыми эмпирическими и теоретическими знаниями. В качестве пробного решения сформулированной проблемы выдвигается некоторая гипотеза, которая на последующих стадиях исследования подробно анализируется с точки зрения ее подтверждения имеющимися эмпирическими данными и теоретическими знаниями. Затем из гипотезы по правилам логики выводятся следствия, которые допускают эмпирическую проверку непосредственно с помощью наблюдений и экспериментов. Эмпирическая проверяемость служит важным условием научности гипотезы, поскольку именно она допускает возможность вывода следствий из гипотезы и тем самым позволяет фактически сравнить ее с данными опыта или наблюдений. Если следствия из гипотезы не согласуются с эмпирическими данными, то в соответствии с логическим принципом modus tollens (отрицающего модуса) опровергается сама гипотеза. Значительно труднее обстоит дело с подтверждением гипотезы. Иногда считают, что если следствие гипотезы было подтверждено на опыте, то это свидетельствует об истинности самой гипотезы. Такое заключение было бы поспешным, ибо согласно правилам логики из истинности следствия не вытекает истинность основания, в данном случае гипотезы. Можно говорить лишь о той или иной степени вероятности гипотезы, так как при дальнейшей проверке могут быть обнаружены факты, опровергающие гипотезу целиком или частично. Очевидно, чем больше по числу и разнообразию будет найдено фактов, подтверждающих гипотезу, тем выше станет ее вероятность. В принципе, однако, вполне допустим случай, который может опровергнуть гипотезу. Это обстоятельство часто упускают из виду люди, не знакомые с логикой. Между тем даже многократно проверенные и подтвержденные опытом законы естествознания представляют собой не что иное как практически достоверные гипотезы. Так, например, закон всемирного тяготения Ньютона до открытия теории относительности Альбертом Эйнштейном (1879 - 1955) считался непреложной истиной. Дальнейшие эксперименты, проведенные в связи с проверкой общей теории относительности, выявили ее приближенный характер. Эти положения хорошо согласуются с философским принципом об относительном характере понятий, законов и теорий всех наук, изучающих природу и общество.
Особое значение для понимания единства не только естественно-научного, но и социально-гуманитарного знания имеют новые междисциплинарные методы исследования. Речь идет о системном методе, новой концепции самоорганизации, возникшей в рамках синергетики, а также общей теории информации, впервые появившейся в кибернетике. Более подробно об этом будет сказано в дальнейшем, здесь же, забегая вперед, разъясним их основное содержание, которое будет необходимо в ходе последующего изложения.
Кибернетика, возникшая около полувека назад, является одним из замечательных примеров междисциплинарного исследования, которая изучает с единой, общей точки зрения процессы управления в технических, живых и социальных системах. Хотя конкретные процессы управления стали изучаться задолго до возникновения кибернетики, однако, каждая наука при этом применяла свои понятия и методы, вследствие чего трудно было выделить наиболее фундаментальные принципы и методы управления. Для этого потребовалось подойти к конкретным процессам управления с более общей, абстрактной точки зрения и применить современные математические методы исследования. Одним из результатов такого подхода явилось широкое использование математических моделей и поименение новых эффективных вычислительных средств - компьютеров. Поскольку процесс управления связан с получением, хранением и преобразованием информации, постольку кибернетика дала мощный толчок и для развития теории информации. Нетрудно, однако, понять, что кибернетика является одним из специальных видов концептуальных систем, исследующих разнообразные процессы управления. Отсюда естественно переходят к общему понятию системы и системного подхода.
При системном подходе объекты исследования рассматриваются как элементы некоторой целостности или системы, связанные между собой определенными отношениями, которые образуют структуру системы. В результате взаимодействия этих элементов общие, целостные свойства системы будут качественно отличаться от свойств составляющих ее элементов и не сводятся к их сумме. Такие свойства называют эмерджентными, или возникающими, поскольку они появляются или образуются именно в процессе взаимодействия элементов системы. Часто также говорят, что свойства системы как целого не сводятся к сумме свойств частей. В самом деле свойства воды как жидкости качественно отличаются от свойств образующих ее составных частей: кислорода и водорода, которые в свободном состоянии представляют собой газообразные вещества.
Разные системы, встречающиеся в природе и обществе, имеют разное строение и характеризуются различными признаками. Среди них можно выделить прежде всего иерархически организованные системы, которые содержат в своем составе подсистемы различной степени общности и автономности. Лучше всего можно понять особенности таких систем на примере живых организмов, элементами которых служат клетки. Последние образуют подсистемы, называемые тканями, которые в свою очередь составляют органы живого тела. Каждая из этих подсистем обладает относительной автономностью, но подсистемы низшего уровня подчинены подсистемам высшего уровня. В целом же они составляют единый, целостный живой организм.
Для понимания процессов эволюции исключительно важное значение приобретают междисциплинарные исследования, проводимые в рамках новой концепции самоорганизации, которая была названа синергетикой. Новые результаты, полученные в этой области, показывают необоснованность прежнего абсолютного противопоставления живых систем неживым и проливают новый свет на проблему возникновения живого из неживого. Опыты и теоретический анализ показывают, что при наличии строго определенных условий процессы самоорганизации могут происходить и в системах неорганической природы. Опираясь на эту концепцию, можно представить весь окружающий нас мир как самоорганизующийся универсум и тем самым лучше понять современную естественнонаучную картину мира.

Основные понятия и термины

Герменевтика
Кумулятивизм
Дифференциация наук
Натурфилософия
Закон
Объяснение
каузальный
Каузальное (причинное)
номологический
номологическое
статистический
телеологическое
теоретический
Парадигма
эмпирический
Понимание
универсальный
Предсказание
Интеграция
Факт
Интерпретация
эмпирический

Литература
Основная:
Кузнецов В.И., Идлис Г. М., Гутина В.Н. - Естествознание. - М.: Агар, 1996. - С. 5-33.
Единство научного знания. - М.: Наука 1988 - С 117-132, 148-167, 237-252.
Вригт Г.Х. фон. Логико-философские исследования - М.: Прогресс, 1986. - С. 40-68.
Рузавин Г.И. Методы научного исследования - М • Мысль, 1974. - С. 7-32, 194-210.

Дополнительная:
Конт О. Курс положительной философии - СПб 1900. Лекции 1 и 2.
Виндельбанд В. История и естествознание//Прелюдии - СПб., 1904.
Никитин Е.П. Объяснение - функция науки - М • Наука, 1970.
Нарский И.С. Очерки по истории позитивизма - М., 1960.


Подумайте и ответьте

Чем отличается естественно-научная культура от гуманитарной?
Что называется объяснением и какова его логическая структура?
Приведите конкретный пример объяснения из естествознания.
Чем отличаются причинные объяснения от других? В физике расширение тел объясняют их нагреванием. Является ли такое объяснение причин.
На чем основываются научные объяснения и как различаются разные их уровни?
Какая разница существует между эмпирическими и теоретическими объяснениями?
Что называют пониманием и чем оно отличается от объяснения?
В чем заключается сходство и различие между пониманием и интерпретацией?
Чем характеризуется позитивизм и какова его основная цель?
Что такое научный метод и на чем он основывается?
В чем заключается единство научного метода?

Глава 2. Естественно-научная картина мира

Представления о свойствах и особенностях окружающей нас природы возникают на основе тех знаний, которые в каждый исторический период дают нам разные науки, изучающие различные процессы и явления природы. Поскольку природа представляет собой нечто единое и целое, постольку и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой определенную систему. Такую систему научных знаний о природе издавна называют Естествознанием. Раньше в Естествознание входили все сравнительно немногочисленные знания, которые были известны о Природе, но уже с эпохи Возрождения возникают и обособляются отдельные его отрасли и дисциплины, начинается процесс дифференциации научного знания. Ясно, что не все эти знания являются одинаково важными для понимания окружающей нас природы.
Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие естественно-научной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Сам термин "картина мира" указывает, что речь идет здесь не о части или фрагменте знания, а о целостной системе. Как правило, в формировании такой картины наиболее важное значение приобретают концепции и теории наиболее развитых в определенный исторический период отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве его лидеров. Не подлежит сомнению, что лидирующие науки накладывают свою печать на представления и научное мировоззрение ученых соответствующей эпохи. Но это отнюдь не означает, что другие науки не участвуют в формировании картины природы. В действительности она возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания.
Существующая картина природы, рисуемая естествознанием, в свою очередь оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и социально-гуманитарные. Такое воздействие выражается в распространении концепций, стандартов и критериев научности естествознания на другие отрасли научного познания. Обычно именно концепции и методы наук о природе и естественно-научная картина мира в целом в значительной степени определяют научный климат эпохи. В теснейшем взаимодействии с развитием наук о природе начиная с XVI в. развивалась математика, которая создала для естествознания такие мощные математические методы, как дифференциальное и интегральное исчисления.
Однако без учета результатов исследования экономических, социальных и гуманитарных наук наши знания о мире в целом будут заведомо неполными и ограниченными. Поэтому следует различать естественно-научную картину мира, которая формируется из достижений и результатов познания наук о природе, и картину мира в целом, в которую в качестве необходимого дополнения входят важнейшие концепции и принципы общественных наук.
Наш курс посвящен концепциям современного естествознания и соответственно этому мы будем рассматривать научную картину природы, как она исторически сформировалась в процессе развития естествознания. Однако еще до появления научных представлений о природе люди задумывались об окружающем их мире, его строении и происхождении. Такие представления вначале выступали в форме мифов и передавались от одного поколения к другому. Согласно древнейшим мифам, весь видимый упорядоченный и организованный мир, который в античности назывался космосом, произошел из дезорганизованного мира, или неупорядоченного хаоса.
В античной натурфилософии, в частности у Аристотеля (384-322 до н. э.), подобные взгляды нашли свое отражение в делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. Сам термин "космос" обозначал у древних греков всякую упорядоченность, организацию, совершенство, согласованность и даже военный строй. Именно такое совершенство и организованность приписывались небесному миру.
С появлением экспериментального естествознания и научной астрономии в эпоху Возрождения была показана явная несостоятельность подобных представлений. Новые взгляды на окружающий мир стали основываться на результатах и выводах естествознания соответствующей эпохи и стали поэтому называться естественно-научной картиной мира.
Одной из первых возникла механистическая картина мира, поскольку изучение природы началось с анализа простейшей формы движения материи - механического перемещения тел.

2.1 Механическая картина мира

Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Галилео Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно он.
Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы.
Натурфилософия, что следует из ее названия, представляет собой попытку использовать общие философские принципы для объяснения природы. Такие попытки предпринимались еще с античной эпохи, когда недостаток конкретных данных философы стремились компенсировать общими философскими рассуждениями. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Достаточно напомнить хотя бы об атомистической гипотезе строения вещества, которая была выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V до н.э.) и более детально обоснована его учеником Демокритом (ок. 460 до н.э. - г. смерти не-изв.), а также об идее эволюции, высказанной Эмпедоклом (ок. 490 - ок. 430 до н.э.) и его последователями. Однако после того как постепенно возникали конкретные науки и они отделялись от нерасчленненого философского знания, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки.
В этом можно убедиться, сравнив взгляды на движение Аристотеля и Галилея. Исходя из априорной натурфилософской идеи, Аристотель считал "совершенным" движение по кругу, а Галилей, опираясь на наблюдения и эксперимент, ввел понятие инерциального движения. По его мнению, тело, не подверженное воздействию каких-либо внешних сил, будет двигаться не по кругу, а равномерно по прямой траектории или оставаться в покое. Такое представление, конечно, - абстракция и идеализация, поскольку в действительности нельзя наблюдать такую ситуацию, чтобы на тело не действовали какие-либо силы. Однако эта абстракция является плодотворной, ибо она мысленно продолжает тот эксперимент, который приближенно можно осуществить в действительности, когда, изолируясь от действия целого ряда внешних сил, можно установить, что тело будет продолжать свое движение по мере уменьшения воздействия на него посторонних сил.
Переход к экспериментальному изучению природы и математическая обработка результатов экспериментов позволили Галилею открыть законы движения свободно падающих тел. Принципиальное отличие нового метода исследования природы от натурфилософского состояло, следовательно, в том, что в нем гипотезы систематически проверялись опытом. Эксперимент можно рассматривать как вопрос, обращенный к природе. Чтобы получить на него определенный ответ, необходимо так сформулировать вопрос, чтобы получить на него вполне однозначный и определенный ответ. Для этого следует так построить эксперимент, чтобы по возможности максимально изолироваться от воздействия посторонних факторов, которые мешают наблюдению изучаемого явления в "чистом виде". В свою очередь гипотеза, представляющая собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выводимых из нее некоторых следствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.
Таким образом, новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81 м/с2. Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне, что подрывало прежнюю веру в совершенство небесного космоса.
Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571-1630) осмелился исследовать движения небесных тел, вторгся в область, которая раньше считалась запретной для науки. Кроме того, для своего исследования он не мог обратиться к эксперименту и поэтому вынужден был воспользоваться многолетними систематическим наблюдениями движения планеты Марс, сделанными датским астрономом Тихо Браге (1546-1601). Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса, как и других планет, является не окружность, а эллипс. Результаты наблюдений Тихо Браге соответствовали этой гипотезе и тем самым подтверждали ее.
Открытие законов движения планет Кеплером имело неоценимое значение для развития естествознания. Оно свидетельствовало, во-первых, о том, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти, поскольку все они подчиняются определенным естественным законам, во-вторых, сам путь открытия законов движения небесных тел в принципе не отличается от открытия законов земных тел. Правда, из-за невозможности осуществления экспериментов с небесными телами для исследования законов их движения пришлось обратиться к наблюдениям. Тем не менее и здесь исследование осуществлялось в тесном взаимодействии теории и наблюдения, тщательной проверке выдвигаемых гипотез измерениями движений небесных тел.
Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:
1) обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;
2) создание методов для количественного анализа механического движения в целом.
Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Теперь количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных закономерностей движения. Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.
Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля пытались объяснить многие явления и процессы природы.

Сказать, что каждый род вещей наделен особым скрытым качеством, при помощи которого он действует и производит эффекты, - указывал Ньютон, - значит ничего не сказать.

В связи с этим он выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому

вывести два или три общих, начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, - было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые Ньютон точно формулирует в своем главном труде "Математические начала натуральной философии", опубликованном в 1687 г.
Первый закон, который часто называют законом инерции, утверждает
:
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Этот закон, как отмечалось выше, был открыт еще Галилеем, который отказался от прежних наивных представлений, что движение существует лишь тогда, когда на тело действуют силы. Путем мысленных экспериментов он сумел показать, что по мере уменьшения воздействия внешних сил тело будет продолжать свое движение, так что при отсутствии всех внешних сил оно должно оставаться либо в покое, либо в равномерном и прямолинейном движении. Конечно, в реальных движениях никогда нельзя полностью освободиться от воздействия сил трения, сопротивления воздуха и других внешних сил, и поэтому закон инерции представляет собой идеализацию, в которой отвлекаются от действительно сложной картины движения и воображают себе картину идеальную, которую можно получить путем предельного перехода, т.е. посредством непрерывного уменьшения действия на тело внешних сил и перехода к такому состоянию, когда это воздействие станет равным нулю.
Второй основной закон занимает в механике центральное место:

Изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Третий закон Ньютона:

Действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противопололожные стороны.

Возникает вопрос: каким способом были открыты эти основные законы или принципы механики? Нередко говорят, что они получаются путем обобщения ранее установленных частных или даже специальных законов, какими являются, например, законы Галилея и Кеплера. Если рассуждать по законам логики, такой взгляд нельзя признать правильным, ибо не существует никаких индуктивных правил получения общих утверждений из частных. Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью двух противоположных, но в то же время взаимосвязанных методов - анализа и синтеза.

Как в математике, так и в натуральной философии, - писал он, - исследование трудных предметов методом анализа всегда должно предшествовать методу соединения. Такой анализ состоит в производстве опытов и наблюдений, извлечении общих заключений из них посредством индукции и недопущении иных возражений против заключений, кроме полученных из опыта или других достоверных истин. Ибо гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основании опытов не является доказательством общих заключений, однако это лучший путь аргументации, допускаемый природой вещей, и может считаться тем более сильным, чем общее индукция... Путем такого анализа мы можем переходить от соединений к ингридиентам, от движений - к силам, их производящим, и вообще от действий - к их причинам, от частных причин - к более общим, пока аргумент не закончится наиболее общей причиной.

Таков метод анализа, синтез же предполагает причины открытыми и установленными в качестве принципов; он состоит в объяснении при помощи принципов явлений, происходящих от них, и доказательстве объяснений".
Чтобы ясно оценить революционный переворот, осуществленный Ньютоном в механике и точном естествознании в целом, необходимо прежде всего противопоставить его метод принципов чисто умозрительным построениям прежней натурфилософии и широко распространенным в его время гипотезам о "скрытых" качествах. О натурфилософском подходе к изучению природы мы уже говорили, отметив, что в подавляющем большинстве такие взгляды были ничем не подкрепленными умозрениями и спекуляциями. И хотя в заголовке книги Ньютона тоже встречается термин "натуральная философия", в XVII и XVIII вв. он обозначал изучение природы, т. е. естествознание. Утверждение Ньютона, что гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, было направлено против гипотез о "скрытых" качествах, подлинные же гипотезы, допускающие экспериментальную проверку, составляют основу и исходный пункт всех исследований в естествознании. Как нетрудно догадаться, сами принципы тоже являются гипотезами глубокого и весьма общего характера.
При разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод, блестяще примененный Евклидом при построении элементарной геометрии. Однако вместо аксиом он опирался на принципы, а математические доказательства отличал от экспериментальных, поскольку последние имеют не строго достоверный, а лишь вероятностный характер. Важно также обратить внимание на то, что знание принципов или законов, управляющих явлениями, не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними.
Что же касается причины тяготения, то он считал ее раскрытие делом дальнейших исследований.

Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря, - писал Ньютон.

Открытие принципов механики действительно означает подлинно революционный переворот, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о "скрытых" качествах и т. п. спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и опытом. Поскольку в механике отвлекаются от качественных изменений тел, постольку для ее анализа можно было широко пользоваться математическими абстракциями и созданным самим Ньютоном и одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом бесконечно малых. Благодаря этому изучение механических процессов было сведено к точному математическому их описанию.
Для такого описания необходимо и достаточно было задать координаты тела и его скорость (или импульс mv), a также и уравнение его движения. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись его первоначальным состоянием. Таким образом, задав это состояние, можно было определить любое другое его состояние как в будущем, так и в прошлом. Выходит, что время не оказывает никакого влияния на изменение движущихся тел, так что в уравнениях движения знак времени можно было менять на обратный. Очевидно, что подобное представление было идеализацией реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с течением времени.
Следовательно, для классической механики и механистической картины мира в целом характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Отсюда легко возникает впечатление, что никаких реальных изменений при механическом перемещении тел не происходит. Задав уравнение движения тела, его координаты и скорость в некоторый момент времени, который часто называют начальным его состоянием, мы можем точно и однозначно определить его состояние в любой другой момент времени в будущем или прошлом. Сформулируем характерные особенности механистической картины мира.

1. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.


2. Все механические процессы подчиняются принципу строгого или жесткого детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

Согласно этому принципу, случайность целиком исключается из природы. Все в мире строго детерминировано (или определено) предшествующими состояниями, событиями и явлениями. При распространении указанного принципа на действия и поведение людей неизбежно приходят к фатализму. Сам окружающий нас мир при механистической картине превращается в грандиозную машину, все последующие состояния которой точно и однозначно определяются ее предшествующими состояниями. Такую точку зрения на природу наиболее ясно и образно выразил выдающийся французский ученый. XVIII в. Пьер Симон Лаплас (1749-1827):

Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить все данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее предстало бы перед его взором.

3. Пространство и время никак не связаны с движениями тел, они имеют абсолютный характер.

В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного, или математического, пространства и времени. Такая картина напоминает представления о мире древних атомистов, которые считали, что атомы движутся в пустом пространстве. Подобно этому в ньютоновской механике пространство оказывается простым вместилищем движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния. Как мы покажем далее, такие представления были подвергнуты резкой критике в теории относительности.

4. Тенденция свести закономерности более высоких форм движения материи к законам простейшей его формы- механическому движению.

Такое стремление встретило критику со стороны биологов, медиков и некоторых химиков уже в XVIII в. Против него выступили также выдающиеся философы-материалисты Дени Дидро (1713-1784) и Поль Гольбах (1723-1789), не говоря уже о виталистах, которые приписывали живым организмам особую "жизненную силу", наличием которой они отличаются якобы от неживых тел. Из курса философии вы уже знаете, что механицизм, пытавшийся подходить ко всем без исключения процессам с точки зрения принципов и масштабов механики, явился одной из предпосылок возникновения метафизического метода мышления.

5. Связь механицизма с принципом дальнодействия, согласно которому действия и сигналы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

В частности, предполагалось, что гравитационные силы, или силы притяжения, действуют без какой-либо промежуточной среды, но сила их убывает с квадратом расстояния между телами. Сам Ньютон, как мы видели, вопрос о природе этих сил оставил решать будущим поколениям.
Все перечисленные и некоторые другие особенности предопределили ограниченность механистической картины мира, которые преодолевались в ходе последующего развития естествознания.

2.2. Электромагнитная картина мира

Уже в прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию. Действительно, датский ученый Эрстед (1777-1851), поместив над проводником, по которому идет электрический ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального положения. Это привело ученого к мысли, что электрический ток создает магнитное поле. Позднее английский физик Майкл Фарадей (1791- 1867), вращая замкнутый контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток. На основе опытов Фарадея и других ученых английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) создал свою электромагнитную теорию. Таким путем было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля. Одно из них было известно и во времена Ньютона и теперь называется гравитационным полем, а раньше рассматривалось просто как сила притяжения, возникающая между материальными телами. После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее это была картина классической физики, которая изучала знакомый нам макромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в микромире. Здесь их ожидали новые необычайные открытия и явления.

2.3.Революция в естествознании и смена прежней картины мира

В конце прошлого и начале нынешнего века в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).
Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Эрнестом Резерфордом (1871-1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована выдающимся датским физиком Нильсом Бором (1885-1962), который предположил, что при вращении по так называемым стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.
Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельными квантами. Об этом свидетельствует, например, явление фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как известно, используется в фотоэкспонометрах, которыми пользуются в фотографии для определения выдержки при экспозиции.
В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля - свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы - представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля- волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн.
В 1925-1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи - микромире, была создана новая волновая, или квантовая механика. Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира.
Другая фундаментальная теория современной физики - теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной теории относительности получил дальнейшее применение установленный еще Галилеем принцип относительности в механическом движении. Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах, т.е. системах отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все механические процессы происходят одинаковым образом, и поэтому их законы имеют ковариантную, или ту же самую математическую форму. Наблюдатели в таких системах не заметят никакой разницы в протекании механических явлений. В дальнейшем принцип относительности был использован и для описания электромагнитных процессов. Точнее говоря, сама специальная теория относительности появилась в связи с преодолением трудностей, возникших в этой теории.
Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что она впервые ясно показала, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Более подробно эти вопросы мы рассмотрим в следующей главе. Здесь же достаточно отметить, что общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства - времени.
Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления о естественно-научной картине мира. Возникновение системного, подхода позволило взглянуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. С другой стороны, появление такого междисциплинарного направления исследований, как синергетика, или учение о самоорганизации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики состоит прежде всего в том, что она впервые показала, что процессы самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Так, уже на предбио-логическом уровне возникают автопоэтические процессы, т.е. процессы самообновления, которые в живых системах выступают в виде взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции. Главное достижение синергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в процессе непрестанной эволюции и развития.
В каком отношении синергетический подход находится к общесистемному?
Прежде всего подчеркнем, что два этих подхода не исключают, а наоборот. Предполагают и дополняют друг друга. Действительно, когда рассматривают множество каких-либо объектов как систему, то обращают внимание на их взаимосвязь, взаимодействие и целостность.
Синергетический подход ориентируется на исследование процессов изменения и развития систем. Он изучает процессы возникновения и формирования новых систем в процессе самоорганизации. Чем сложнее протекают эти процессы в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. Таким образом, эволюция систем напрямую связана с механизмами самоорганизации. Исследование конкретных механизмов самоорганизации и основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синергетика же выявляет и формулирует общие принципы самоорганизации любых систем и в этом отношении она аналогична системному методу, который рассматривает общие принципы функционирования, развития и строения любых систем. В целом же системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также системы статические.
Эти новые мировоззренческие подходы к исследованию естественно-научной картины мира оказали значительное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы научных революций в естествознании. А ведь именно с революционными преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине природы.
В наибольшей мере изменения в характере конкретного познания коснулись наук, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники.
В свою очередь живые системы послужили для химии той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений. По-видимому, в неменьшей степени учения и принципы биологии оказали свое воздействие на физику. Действительно, как мы покажем в последующих главах, представление о закрытых системах и их эволюции в сторону беспорядка и разрушения находилось в явном противоречии с эволюционной теорией Дарвина, которая доказывала, что в живой природе происходят возникновение новых видов растений и животных, их совершенствование и адаптация к окру-жаЮщей среде. Это противоречие было разрешено благодаря возникновению неравновесной термодинамики, опирающейся на новые фундаментальные понятия открытых систем и принцип необратимости.
Выдвижение на передний край естествознания биологических проблем, а также особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене лидера современного естествознания. Если раньше таким бесспорным лидером считалась физика, то теперь в таком качестве все больше выступает биология. Основой устройства окружающего мира теперь признается не механизм и машина, а живой организм. Однако многочисленные противники такого взгляда не без основания заявляют, что поскольку живой организм состоит из тех же молекул, атомов, элементарных частиц и кварков, то по-прежнему лидером естествознания должна оставаться физика.
По-видимому, вопрос о лидерстве в естествознании зависит от множества разнообразных факторов, среди которых решающую роль играют значение лидирующей науки для общества, точность, разработанность и общность методов ее исследования, возможность их применения в других науках. Несомненно, однако, что самыми впечатляющими для современников являются наиболее крупные открытия, сделанные в лидирующей науке, и перспективы ее дальнейшего развития. С этой точки зрения биология второй половины XX столетия может рассматриваться как лидер современного естествознания, ибо именно в ее рамках были сделаны наиболее революционные открытия.
Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от наивных и предвзятых представлений о них, как процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки и прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и теорий, которые оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и результаты экспериментов.
Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т. е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стремятся объяснить с помощью гипотез и теорий. Среди них в каждый определенный период выдвигается наиболее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов известных и предсказания фактов неизвестных. Такой парадигмой в свое время служила теория движения земных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследователи, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Максвелл.
Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922-1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность-смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. Однако он оставил без объяснения и анализа вопрос о формировании самой парадигмы. По его мнению, развитие науки можно разделить на два этапа:
• нормальный, когда ученые заняты применением парадигмы к решению конкретных проблем частного, специального характера (так называемых головоломок),
• экстраординарный, связанный с поиском новой парадигмы. При таком подходе новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и поэтому ее возникновение остается необьясненной. В действительности же, как видно из примеров аномальных фактов, т. е. фактов, противоречащих парадигме, процесс анализа, критического осмысления и оценки существующей парадигмы происходит уже на стадии нормальной науки. Поэтому резкое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов развития науки - совершенно необоснованно, и оно встретило убедительную критику со стороны многих видных ученых.

Основные понятия и термины

Абсолютное пространство
Аксиоматический метод
Атом
Гипотеза
Гравитация
Дальнодействие
Законы механики
Квант энергии
Координаты
Количественный метод
Механицизм
Механистическая картина мира
Метод принципов
Натуральная философия
Симметрия
Скорость
Состояние
Электромагнитная картина мира
Экспериментальный метод



Литература
Основная:
Кузнецов В. И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. - М., 1996. Гл.2. - С.53-73.
Диалектический материализм и естественно-научная картина мира. - Киев, 1975. Гл.1. - С.5-86.
Философские вопросы естествознания. - М.: МГУ, 1985. - С.21-36, 319-331.
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986. С.69-126.

Дополнительная:
Кун Т. Структура научных революций. - М.: Прогресс, 1975.
Дышлевый П.С., Яценко Л.В. Что такое общая картина мира? - М., 1984.
Философский энциклопедический словарь. - М.: 1989. С.396-397.


Подумайте и ответьте

Что представляет собой картина мира?
Какая теория лежит в основе механистической картины мира?
Что нового вносит механистическая картина в понимание и объяснение природы? В чем состоят преимущества и недостатки механистической картины мира?
Какая связь существует между механицизмом и метафизическим способом мышления?
Какой новый вклад в картину мира вносит электромагнитная теория?
В чем состоят особенности революции естествознания в конце XIX - начале XX вв.?
В чем изменились взгляды на природу в связи с исследованием процессов в микромире?
Как изменились научные представления о мире после возникновения научно-технической революции?
В чем заключается системный взгляд на мир?
Что называют парадигмой в науке?
Обоснуйте, в чем заключаются сильные и слабые стороны концепции Т. Куна.


Глава 3. Концепция относительности пространства – времени

В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи и безотносительно к свойствам движущейся материи. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел, а время - никак не учитывает реальные изменения, происходящие с ними, и поэтому выступает просто как параметр, знак которого можно менять на обратный. Иными словами, в механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность.
Другой недостаток этой картины состоит в том, что в ней пространство и время как формы существования материи изучаются отдельно и обособленно, вследствие чего их связь остается невыявленной. Современная концепция физического пространства - времени значительно обогатила наши естественно-научные представления, которые стали ближе к действительности. Поэтому знакомство с ними мы начнем с теории пространства - времени в том виде, как она представлена в современной физике. Предварительно, однако, напомним некоторые положения, относящиеся к классической механике Галилея

3.1. Принцип относительности в классической механике

Впервые этот принцип был установлен Галилеем, но окончательную формулировку получил лишь в механике Ньютона. Для его понимания нам потребуется ввести понятие системы отсчета, или координат. Как известно, положение движущегося тела в каждый момент времени определяется по отношению к некоторому другому телу, которое называется системой отсчета. С этим телом связана соответствующая система координат, например, привычная нам декартова система. На плоскости движение тела или материальной точки определяется двумя координатами: абсциссой х, показывающей расстояние точки от начала координат по горизонтальной оси, и ординатой у, измеряющей расстояние точки от начала координат по вертикальной оси. В пространстве к этим координатам добавляется третья координата z.
Среди систем отсчета особо выделяют инерциальные системы, которые находятся друг относительно друга либо в покое, либо в равномерном и прямолинейном движении. Особая роль инерциальных систем заключается в том, что для них выполняется принцип относительности.

Принцип относительности означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы происходят одинаковым образом.


В таких системах законы движения тел выражаются той же самой математической формой, или, как принято говорить в науке, они являются ковариантными. Действительно, два разных наблюдателя, находящихся в инерциальных системах, не заметят в них никаких изменений.

3.2. Специальная теория относительности и ее роль в науке

Когда в естествознании господствовала механистическая картина мира и существовала тенденция сводить объяснение всех явлений природы к законам механики, принцип относительности не подвергался никакому сомнению. Положение резко изменилось, когда физики вплотную приступили к изучению электрических, магнитных и оптических явлений. Максвелл объединил все эти явления в рамках единой электромагнитной теории. С созданием этой теории для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явлений природы. В связи с этим естественно возник вопрос: выполняется ли принцип относительности и для электромагнитных явлений?
Описывая ход своих рассуждении, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн указывает на два аргумента, которые свидетельствовали в пользу всеобщности принципа относительности.
• Этот принцип с большой точностью выполняется в механике, и поэтому можно было надеяться, что он окажется правильным и в электродинамике.
• Если инерциальные системы неравноценны для описания явлений природы, то разумно предположить, что законы природы проще всего описываются лишь в одной инерциальной системе. Например, в системе отсчета, связанной с движущимся вагоном, механические процессы описывались бы сложнее, чем в системе, отнесенной к железнодорожному полотну. Еще более показателен пример, если рассматривается движение Земли вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Если бы принцип относительности в данном случае не выполнялся, то законы движения тел зависели бы от направления и пространственной ориентировки Земли. Ничего подобного, т.е. физической неравноценности различных направлений, не обнаружено. Однако здесь возникает кажущаяся несовместимость принципа относительности с хорошо установленным принципом постоянства скорости света в пустоте (300 000 км/с).
Возникает дилемма: отказ либо от принципа постоянства скорости света, либо от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно и однозначно, что отказ от него был бы явно неоправданным и к тому же связан с чрезмерным усложнением описания процессов природы. Не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относительности в области электромагнитных процессов.
Обратимся к мысленному эксперименту. Предположим, что по рельсам движется железнодорожный вагон со скоростью v, в направлении движения которого посылается световой луч со скоростью с. Процесс распространения света, как и любой физический процесс, определяется по отношению к некоторой системе отсчета. В нашем примере такой системой будет полотно дороги. Спрашивается, какова будет скорость света относительно движущегося вагона? Легко подсчитать, что она рав-на w = с - n, т. е. разности скорости света по отношению к полотну дороги и к вагону. Выходит, что она меньше постоянного ее значения, а это противоречит принципу относительности, согласно которому физические процессы происходят одинаково во всех инерциальных системах отсчета, какими являются железнодорожное полотно и равномерно прямолинейно движущийся вагон. Однако это противоречие является кажущимся, потому что на самом деле скорость света не зависит от того, движется ли источник света или покоится.
В действительности, как показал А. Эйштейн:

Закон распространения света и принцип относительности совместимы. И это положение составляет основу специальной теории относительности.

Кажущееся противоречие принципа относительности закону постоянства скорости света возникает потому, что классическая механика, по заявлению Эйнштейна, опиралась "на две ничем не оправданные гипотезы":
• промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения тела отсчета;
• пространственное расстояние между двумя точками твердого тела не зависит от состояния движения тела отсчета.
Исходя из этих, кажущихся вполне очевидными, гипотез классическая механика молчаливо признавала, что величины промежутка времени и расстояния имеют абсолютные значения, т. е. не зависят от состояния движения тела отсчета. Выходило, что если человек в равномерно движущемся вагоне проходит, например, расстояние в 1 метр за одну секунду, то этот же путь по отношению к полотну дороги он пройдет тоже за одну секунду. Аналогично этому считалось, что пространственные размеры тел в покоящихся и движущихся системах отсчета остаются одинаковыми. И хотя эти предположения с точки зрения обыденного сознания и так называемого здравого смысла кажутся само собой очевидными, тем не менее они не согласуются с результатами тщательно проведенных экспериментов, подтверждающих выводы новой, специальной теории относительности.

стр. 1
(общее количество: 6)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>