Естественнонаучная картина мира

      Дана  парадигма господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. По своей сути эта картина мира является метафизической, поскольку в ней отсутствуют внутренние противоречия и качественное развитие, все происходящее в мире жестко предопределено, а все разнообразие мира сведено к механике. В механической картине мира понимание сводится к построению механической модели: если я могу представить такую модель – я понимаю, если не могу – значит, не понимаю его.

      Рационально-механический образ этого мира демонстрирует  нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, который  подчинен жестким однозначным законам. Сам по себе он лишен духа и свободы. Жизнь и разум в механической картине мира не обладают никакой качественной спецификой. Такая действительность не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире – ошибка, курьезный случай, побочный продукт звездной эволюции. Пологая человека случайностью, механическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными в грандиозной машине Вселенной, похожий на огромный полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий.

      Электромагнитная  картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные «состояния» эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда-эфир.

      Электромагнитная  картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики, которая изучала микромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в макромире. 
 
 
 

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 Э. Резерфордом (1871 - 1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. 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 Н. 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.

      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.

      В 1925 – 1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи – микромире, была создана новая волновая, или квантовая механика. Возникли 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 интернациональных 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. В дальнейшем принцип относительности был использован и для описания электромагнитных процессов.

      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 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 отклоняться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства – времени.

      Научно-техническая  революция внесла много нового в  наши представления о естественнонаучной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взглянуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. 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. Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Так, уже на предбиологическом 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.

      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 процесс в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице. 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. Системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также системы статические.

      Эти новые мировоззренческие подходы  к исследованию естественнонаучной картины мира оказали значительное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы научных революций в естествознании. С революционными преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине природы.

      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 много другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники.

      Живые системы послужили для химии  той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить  в своих исследованиях по синтезу  сложных соединений.

      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.

      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 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.

      Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Т. Кун (1922 – 1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность – смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. 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 необъясненной. 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.