Естествознание

     Ньютон  сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки.

     В 1687 г. вышел в свет главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. Эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи.

     Ньютон  подверг критике картезианство, в частности, декартову гипотезу «вихрей». Главный упрек в адрес картезианцев (последователей Декарта) сводился к тому, что они не обращались в должной мере к опыту, конструировали «гипотезы», «обманчивые предположения» для объяснения природных явлений.

     Идеи  Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед. 

     Естествознание  Нового времени и проблема философского метода 

     В истории изучения человеком природы  сложились, как известно, два прямо  противоположных, несовместимых метода этого изучения, которые приобрели статус общефилософских, т.е. носящих всеобщий характер. Это — диалектический и метафизический методы.

     При метафизическом подходе объекты и явления окружающего мира рассматриваются изолированно друг от друга, без учета их взаимных связей и как бы в застывшем, фиксированном, неизменном состоянии. Диалектический подход, наоборот, предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязей, с учетом реальных процессов их изменения, развития. . Одним из ярких выразителей диалектического подхода (несмотря на всю его наивность) был древнегреческий мыслитель Гераклит, о котором уже говорилось выше. Он обращал внимание на взаимосвязи и изменчивость в природе, выдвигал идею о ее беспрерывном движении и обновлении.

     Новые научные идеи и открытия второй половины XVIII — первой половины XIX вв. вскрыли диалектический характер явлений природы. Специальнонаучные теории развития, появившиеся в космологии, геологии, биологии, давали естествоннонаучное обоснование диалектической концепции развития материального мира. Достижения естествознания этого периода опровергали метафизический взгляд на природу, демонстрировали ограниченность метафизики, которая все более и более тормозила дальнейший прогресс науки. Только диалектика могла помочь естествознанию выбраться из теоретических трудностей. 

     Третья  научная революция. Диалектизация естествознания и чищение его от натурфилософских представлений. 

     Начало  процессу стихийной диалектизации  естесгвенных наук, составившему суть трегьей революции в естествознании, положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта

     Кант  пытался объяснить процесс возникновения Солнечной системы действием сил притяжения, которые присущи частицам материи, составлявшим эту огромную туманность.

     Идеи  Канта о возникновении и развитии небесных тел были несомненным завоеванием науки середины XVIII века. Его космогоническая² гипотеза пробила первую брешь в метафизическом взгляде на мир.

     Пьер  Симон Лаплас предположил, что первоначально вокруг Солнца существовала газовая масса, нечто вроде атмосферы. Эта «атмосфера» была так велика, что простиралась за орбиты всех планет. Вся эта масса вращалась вместе с Солнцем Затем, вследствие охлаждения, в плоскости солнечного экватора образовались газовые кольца, которые распались на несколько сфероидальных частей—зародышей будущих планет, вращающихся по направлению своего обращения вокруг Солнца. При дальнейшем охлаждении внутри каждой такой части образовалось ядро, и планеты перешли из газообразного в жидкое состояние, а затем начали затвердевать с поверхности.

     Жорж  Кювье (1769—1832) утверждал, что каждый период в истории Земли завершался мировой катастрофой —поднятием и опусканием материков, наводнениями, разрывами слоев и т. д. В результате этих катастроф гибли животные и растения, и в новых условиях появлялись новые их виды.

     Батист  Ламарк (1744—1829). В 1809 г. вышла его работа «Философия зоологии». Ламарк видел в изменяющихся условиях окружающей среды движущую силу эволюции органического мира. Согласно Ламарку, изменения в окружающей среде вели к изменениям в потребностях животных, следствием чего было изменение их жизнедеятельности.

     Чарлз Лайеля (1797—1875) он показал, что все изменения, которые произошли в течение геологической истории, происходили под влиянием тех же факторов, которые действуют и в настоящее время.

     Чарлз Роберт Дарвин (1809—1882) изложил факты и причины биологической эволюции. Он показал, что вне саморазвия органический мир не существует и поэтому органическая эволюция не может прекратиться. Принципиально важной в учении Дарвина является теория естественного отбора.

     Маттиас Якоб Шлейден (1804—1881), установивший, что все растения состоят из клеток, и профессор, биолог Теодор Шванн (1810—1882), распространивший это учение на животный мир.

     Что касается животных, то их все «многообразные формы возникают также только из клеток, причем аналогичных клеткам  растений». Открытием клеточного строения растений и животных была доказана связь, единство всего органического мира.

     Юлиус Роберт Майер (1814—1878) фактически высказал мысль, что химическая энергия, содержащаяся в пище, превращается в теплоту.

     Майер показал, что химическая, тепловая и механическая энергии могут превращаться друг в друга и являются равноценными.

     Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889) он пришел к выводу, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя магнитоэлектричество (электромагнитную индукцию), и эта теплота пропорциональна квадрату силы индуцированного тока.

     Герман  Людвиг Фердинанд  Гельмгольц (1821—1894) пришел от физиологии к закону сохранения энергии.

     Свой  вклад в диалектизацию естествознания внесли и некоторые открытия в химии. К числу таковых относится получение в 1828 г. немецким химиком Фридрихом Вёлером (1800—1882) искусственного органического вещества—мочевины. Это открытие положило начало целому ряду синтезов органических соединений из исходных неорганических веществ.

     1 марта 1869 г. выдающийся ученый-химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) разослал русским и иностранным химикам сообщение, которое он озаглавил «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». В этом сообщении было изложено великое открытие Менделеева: существует закономерная связь между химическими элементами, которая заключается в том, что свойства элементов изменяются в периодической зависимости от их атомных весов. Качественные свойства элементов зависят от их количественных свойств, причем это отношение меняется периодически, скачками. Обнаружив эту закономерную связь, Менделеев расположил элементы в естественную систему, в зависимости от их родства.

     Из  всего вышесказанного следует, что  основополагающие принципы диалектики—принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи — получили во второй половине XVIII и особенно в XIX вв. мощное естественнонаучное обоснование. 

     Исследования  в области электромагнитного  поля и начало крушения механистической картины мира 

     Как очередное подтверждение ньютоновского подхода к вопросу об устройстве мира было первоначально воспринято физиками открытие, которое сделал французский военный инженер, впоследствии член парижской Академии наук Шарль Огюст Кулон (1736-1806). Оказалось, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

     Английский  химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

     Математическую  разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 году.

     Генрих Рудольф Герц (1857-1894). Именно ему по поручению Гельмгольца (Герц был его любимым учеником) довелось проверить экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 году Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн. Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

     Работы  в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. 

     Четвертая научная революция. Проникновение в глубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Окончательное крушение механистической картины мира 

     В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. Исследуя это явление, он наблюдал разряд наэлектризованных тел под действием указанного излучения и установил, что активность препаратов урана оставалась неизменной более года.

     В его исследование включились французские  физики, супруги Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934). Прежде всего их заинтересовал вопрос: нет ли других веществ, обладающих свойством, аналогичным урану? В 1898 году были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи», — полоний и радий. Это свойство супруги Кюри назвали радиоактивностью.

     В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл первую элементарную частицу — электрон. Уяснив, что электроны являются составными частями атомов всех веществ, Дж. Томсон предложил в 1903 году первую (электромагнитную) модель атома. Согласно этой модели, отрицательно заряженные электроны располагаются определенным образом (как бы «плавают») внутри положительно заряженной сферы.

     В 1911 году знаменитый английский физик  Эрнест Резерфорд (1871-1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. Появлению этой новой модели атома «предшествовали эксперименты, проводимые Э. Резерфордом и его учениками, ставшими впоследствии знаменитыми физиками, Гансом Гейгером (1882-1945) и Эрнстом Марсденом (1889-1970). В результате этих экспериментов, показавших неприемлемость модели атома Дж. Томсона, было обнаружено, что в атомах существуют ядра — положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре.

     Но  планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный недостаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла.

     Разрешение  этих противоречий выпало на долю известного датского физика Нильса Бора (1885-1962) предложившего свое представление об атоме.

     Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существуют дискретные (стационарные) состояния, находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию энергии.

     Предложенная  Бором модель атома явилась дополненным и исправленным вариантом планетарной модели Резерфорда.

     Совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877-1956) он провел серьезное изучение радиоактивности. Резерфорд и Содди дали трактовку радиоактивного распада как процесса превращения химических элементов из одних в другие.

     Альберт Эйнштейн (1879—1955).В 1905 г. им была создана так называемая специальная теория относительности. В целом теория А. Эйнштейна основывалась на том, что — в отличие от механики И. Ньютона — пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей и между собой.

     В 1924 году произошло крупное событие  в истории физики: французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею о волновых свойствах материи. Наиболее убедительное подтверждение существования волновых свойств материи было получено в результате открытия (наблюдения) дифракции электронов в эксперименте, поставленном в 1927 году американскими физиками Клинтоном Дэвиссоном (1881-1958) и Лестером Джермером (1896-1971). Распределение электронов, отражавшихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным направлениям, было таким же, как если бы на пластинку падал пучок света с длиной волны, равной длине волны электрона, вычисленной по формуле де Бройля.