Концепция современного естествознания

     Учебные занятия в университете были рассчитаны на весь учебный год. Разделение на полугодия или семестры появляется только к концу средневековья в германских университетах. Учебный год делился на две неравных части: большой ординарный учебный период с октября, иногда с середины сентября и до Пасхи, а также малый ординарный учебный период) с Пасхи и до конца июня. В 13 веке университеты начинают накапливать рукописи, копировать их и создавать собственные образцовые тексты. Аудиторий в современном смысле слова не существовало. Каждый преподаватель читал определенному кругу своих учеников в любом нанятом помещении или у себя дома. Болонские профессора одни из первых стали устраивать школьные помещения, а с 14 века города стали создавать общественные здания для аудиторий. Средневековые университеты были сложным организмом, стоявшим в центре культурной жизни Европы.  
 

     К 15-16 вв. университетская схоластика и вся система средневекового университетского образования, строго регламентированная, подчиненная теологии, оторванная от жизни стала тормозом для дальнейшего культурного и научного развития. Гуманисты резко отрицательно относились к старому университетскому образованию и быту. Возникновение и развитие опытной науки, потребности зарождавшегося капиталистического производства требовали полной ломки средневековой системы образования, а университеты придерживались старой системы, их не устраивала новая наука. Расцвет естествознания, вызвавший к жизни многочисленные академии, научные общества, протекал, минуя университеты.

     Периодом  «научной революции» иногда называют время между 1543 и 1687 гг. Первая дата соответствует публикации Коперником работы «Об обращениях небесных сфер»; вторая дата - Ньютоном «Математические начала натуральной философии». Все началось с астрономической революции Коперника, Тихо Браге, Кеплера, Галилея, которая разрушила космологию Аристотеля - Птолемея, просуществовавшую около полутора тысяч лет; Коперник поместил в центр мира не Землю, а Солнце; Тихо Браге — идейный противник Коперника -движущей силой, приводящей планеты в движение, считал магнетическую силу Солнца, идею материального круга (сферы) заменил современной идеей орбиты, ввел в практику наблюдение планет во время их движения по небу; Кеплер, ученик Браге, осуществил наиболее полную обработку результатов наблюдений своего учителя: вместо круговых орбит ввел эллиптические, он количественно описал характер движения планет по этим орбитам.

     Галилей показал ошибочность различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу, что и Земля, и формируя принцип инерции. Обосновал автономию научного мышления и две новые отрасли науки: статику и динамику.

     Данный  ряд ученых завершает Ньютон, который  в своей теории гравитации объединил физику Галилея и физику Кеплера.

     В течение этого периода изменился не только образ мира. Изменились и представления о человеке, о науке, об ученом, о научном поиске и научных институтах, об отношениях между наукой и обществом, между наукой и философией, между научным знанием и религиозной верой. Согласно этого, можно выделить несколько основных моментов: Земля, по Копернику не центр Вселенной, созданной Богом, а небесное тело, как и другие.  Если Земля - обычное небесное тело, то не может ли быть так, что люди обитают и на других планетах: наука становится не привилегией отдельного мага или просвещенного астролога, не комментарием к мыслям авторитета (Аристотеля), который все сказал. Теперь наука - исследование и раскрытие мира природы, ее основу теперь составляет эксперимент;  наиболее характерная черта возникшей науки - ее метод. Он допускает общественный контроль, и поэтому наука становится социальной; начиная с Галилея наука намерена исследовать не что, а как, не субстанцию, а функцию.

     Научная революция порождает современного ученого-экспериментатора, сила которого - в эксперименте, становящемся все более и более точным, строгим благодаря новым измерительным приборам. Новое знание опирается на союз теории и практики, который часто получает развитие в кооперации ученых, с одной стороны и техников и мастеров высшего разряда (инженеров, художников, гидравликов, архитекторов) - с другой.

     Определенное  значение на  естествознание  средневековья  оказала схоластика. На самых начальных этапах своего развития схоластическая систематизация, предполагала расчленение и определение множества понятий, сыграла положительную роль.

     В тот период необходимой формой развития знаний. Положительные результаты были получены схоластикой в процессе исследования теологических и космологических  вопросов – смысл Троицы, бессмертия души, конечности и бесконечности мира.  
 

     В тех областях, где предмет познания непосредственно, эмпирически не представлен или представлен только частично, то разум остается единственным средством анализа предмета в соответствии с некоторыми логическими критериями. Важнейшая проблема схоластики – отношение знания и веры.

     В русле решения этого вопроса  Фома Аквинский создает теолого - философский синтез знания с позиций установки на то, что теология выше философии. Естественные науки, по мнению Фомы Аквинского имеют право на существование.

     Задача  этих наук состоит в том, чтобы подкреплять, детализировать, конкретизировать положения, содержащиеся в Библии, только сами эти науки (астрономия, физика, математика и другие) - ни каждая в отдельности, ни все вместе - не могут постигнуть основных начал мира, такая задача им не под силу.

     На закате Средневековья схоластика становится тормозом в развитии познания, за это она подвергается критике основоположниками классического естествознания и научной методологии: Декартом и Бэконом.

     Историческая  заслуга схоластики состоит в  том, что она дала логико – теоретические  импульсы для развития европейской  математики и предпосылок к возникновению  классической механики. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Теория Большого  Взрыва

     В соответствии с теорией Большого Взрыва Вселенная возникла спонтанно, в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией. По мере расширения температура Вселенной снижалась от очень низкой, при которой возникли условия для образования звезд и галактик.

           В течение одного миллиона лет температура была больше нескольких тысяч градусов, при которых  не могут образовываться атомы. Космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированного водорода и гелия. И только когда температура Вселенной снизилась до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы.

     Вопрос  о том, холодной» или «горячей»  была материя в ту эпоху, долгое время  оставался спорным. Решающие доказательства, что Вселенная была горячей, удалось  получить в середине 60-х годов. В настоящее время большинство космологов считает, что материя в начале расширения Вселенной была не только сверхплотной, но и очень горячей, а теория рассматривающая физические процессы в начале расширения Вселенной получила название «теории горячей Вселенной». Согласно этой теории, ранняя Вселенная представляла собой гигантский ускоритель «элементарных» частиц. Началом работы Вселенского ускорителя был Большой взрыв. Этот термин часто применяют современные космологи. Наблюдаемый разлет галактик и их скоплений - следствие Большого взрыва. Академик Зельдович назвал этот взрыв астрономическим, тем самым, подчеркнув его отличие от химического взрыва. У обоих взрывов есть общие черты, в обоих случаях вещество после взрыва охлаждается, при расширении, падает и его плотность. Есть и существенный отличия.  Основное состоит в том, что химический взрыв обусловлен разностью давлений во взрывающемся веществе и давлением в окружающей среде (воздухе). Эта разность давлений создает силу, сообщающую скорость частицам заряда взрывчатого вещества.

     В астрономическом взрыве подобной разности давлений нет. Астрономический взрыв  не начался из какого-то определенного  центра, распространяясь на все большие  области, а произошел сразу во всем существовавшем тогда пространстве.

     В теории космологии эволюцию вселенной  делят на 4 эры: адронная эра (начальная фаза, характеризующаяся высокой температурой и плотностью вещества, состоящего из элементарных частиц – «адронов»); лептонная эра (следующая фаза, характеризующаяся снижением энергии частиц и температуры вещества, состоящего из элементарных частиц «лептонов»; фотонная эра или эра излучения (характеризуется снижением температуры до 10 К, аннигиляцией электронов и позитронов, давление излучения полностью отделяет вещество от антивещества); звездная эра (продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц, продолжается со времени завершения Большого взрыва (примерно 300 000 лет назад) до наших дней.

     В нулевой момент времени Вселенная  возникла из сингулярности, то есть из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Объясняя происхождение Вселенной, сторонники Большого Взрыва сталкиваются с серьезной проблемой, потому что исходное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. В их описаниях Вселенная в начале представляла собой точку пространства бесконечно малого объема, имевшую бесконечно большую плотность и температуру. Такое состояние вещества в принципе не может быть описано математически. На языке науки это явление получило название «сингулярности».

     В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно  превышала 10 12 К (по некоторым оценкам  до 10 14 К), а плотность была немыслимо  велика, происходили неимоверно быстро сменяющие себя экзотические взаимодействия, недоступные пониманию в рамках современной физики.

     Есть  основания полагать, что к концу  первой миллионной доли секунды уже  существовал первичный «бульон» богатых энергией («горячих») частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Материя Вселенной представляла собой электронно-позитронные пары - мюонами и антимюонами; нейтрино и антинейтрино, как электронными, так и мюонными и тау-нейтрин; нуклонами (протонами и нейтронами) и электромагнитным излучением. Эта самовзаимодействующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия.

     В те первые мгновения все имевшиеся  частицы должны были непрерывно возникать и аннигилировать. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продолжалось до тех пор, пока плотность энергии фотонов превышала значение пороговой энергии образования частиц. Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секунды, ее температура упала примерно до 10 11 К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, некоторые из этих частиц избежали аннигиляции – иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества. Через 1 секунду после Большого взрыва температура понизилась до 10 10 К, и нейтрино перестали взаимодействовать с веществом. Вселенная стала практически «прозрачной» для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и возникать снова, но примерно через 10 секунд уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение катастрофического процесса взаимной аннигиляции. По окончанию этого процесса, осталось определенное количество электронов, достаточное, чтобы, объединившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной. 
 
 
 

     Существует  два основных взгляда на процесс  формирования галактик. Первый состоит  в том, что в любой момент времени  в расширяющейся смеси вещества и излучения могли существовать случайно распределенные области с  плотностью выше средней. В результате сил тяготения эти области сначала отделились в виде очень протяженных сгустков вещества. В этих сгустках начался процесс фрагментации, приведший к образованию облаков меньших размеров, которые позднее превратились в скопления и отдельные галактики, наблюдаемые сегодня. Далее в этих меньших (по галактическим размерам) сгустках под действием сил тяготения в случайных неоднородностях плотности началось формирование звезд. Другая точка зрения дает другой сценарий: вначале из флуктуаций плотности в расширяющемся первичном шаре сформировались многочисленные (малые) галактики, которые с течением времени объединились в скопления, в сверхскопления и в более крупные иерархические структуры.

       Основным в споре этих двух взглядов является ответ на вопрос, имел ли процесс Большого взрыва вихревой (турбулентный) характер или протекал более гладко. Признаков турбулентности в крупномасштабной структуре сегодняшней Вселенной не наблюдается. Вселенная выглядит удивительно сглаженной в крупных масштабах, несмотря на некоторые отклонения, в целом далекие галактики и их скопления галактики распределены по всему небу равномерно, а степень изотропности фонового излучения довольно высока. Это дает признать, что Большой взрыв был безвихревым, упорядоченным процессом расширения.

     На ранней стадии эволюции Вселенной в ней были области, где доминировало вещество, и области с преобладанием антивещества - в этом случае возможно существование звезд и целых галактик, состоящих из антивещества; на больших расстояниях они были бы неотличимы от привычных звезд и галактик из веществ.  
 

     Начиная с этого момента, расширение первичного огненного шара происходило без  существенных изменений до тех пор, пока через 700000 лет электроны и  протоны не соединились в нейтральные  атомы водорода, тогда Вселенная  стала прозрачной для электромагнитного излучения - возникло то, что сейчас наблюдают как реликтовое фоновое излучение. 
После того как вещество стало прозрачным для электромагнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение создало галактики, скопления, звезды и планеты - все эти объекты образовались из первичного вещества, которое выделилось из быстро остывавшего и терявшего плотность первичного огненного шара; тяготению предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом. Многие вопросы, касающиеся эпохи, последовавшей за эпохой отделения излучения от вещества, остаются пока без ответа; в частности, остается нерешенным вопрос формирования галактик и звезд. Образовались ли галактики раньше первого поколения звезд или наоборот? Почему вещество сосредоточилось в дискретных образованиях - звездах, галактиках, скоплениях и сверхскоплениях, - когда Вселенная как целое разлеталась в разные стороны? Есть два основных взгляда на проблему формирования галактик. Первый состоит в том, что в любой момент времени в расширяющейся смеси вещества и излучения могли существовать случайно распределенные области с плотностью выше средней. В результате действия сил тяготения эти области сначала отделились в виде очень протяженных сгустков вещества, в которых затем начался процесс фрагментации, приведший к образованию облаков меньших размеров, которые позднее превратились в скопления и отдельные галактики, наблюдаемые сегодня. Далее в этих меньших - галактических размеров - сгустках под действием притяжения в случайных неоднородностях плотности началось формирование звезд.