Естественнонаучное знание и его особенности

     В 1924 г. французский физик Луи де Бройль в своей работе «Свет и  материя» высказал идею о волновых свойствах всей материи. Австрийский  физик Э. Шрёдингер и английский физик П. Дирак дали ее математическое описание. Эта идея позволила построить теорию, охватывающую корпускулярные и волновые свойства материи в их единстве. Кванты света при этом становятся особым строением микромира.

     Таким образом, корпускулярно-волновой дуализм привел к созданию квантовой механики. В ее основе лежат два принципа: принцип соотношения неопределенностей, сформулированный В. Гейзенбергом в 1927 г.; принцип дополнительности Н. Бора. Принцип Гейзенберга гласит: в квантовой механике нет таких состояний, в которых местоположение и количество движения имели бы вполне определенное значение, нельзя одновременно знать оба параметра – координату и скорость, то есть невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы.

     Н. Бор сформулировал принцип дополнительности следующим образом: «Понятие частицы  и волны дополняют друг друга  и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами  происходящего». Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов – это результат неконтролируемого взаимодействия микрочастиц с приборами: в одних приборах квантовые объекты ведут себя как волны, в других – как частицы. Из-за соотношения неопределенностей корпускулярная и волновая модели описания квантового объекта не противоречат друг другу, т.к. никогда не предстают одновременно. Таким образом, в зависимости от эксперимента объект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Дополняя друг друга, обе модели микромира позволяют получить его общую картину.

     К настоящему времени известны четыре основных вида фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

     Сильное взаимодействие осуществляется на уровне атомных ядер на расстоянии порядка 10^-13 см, обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Поэтому атомные ядра очень устойчивы, разрушить их трудно. (Предполагается, что ядерные силы возникают при обмене виртуальными частицами, т.е. частицами, которые существуют в промежуточных, имеющих малую длительность состояниях, для которых не выполняется обычное соотношение между временем, импульсом и массой). Ядерная сила действует только между адронами (например, протон и нейтрон, составляющие ядро атома) и внутри адронов – между кварками, она не зависит от электрических зарядов взаимодействующих частиц.

     Слабое  взаимодействие - короткодействующее, происходит между различными частицами  на расстоянии 10^-15 - 10^-22 см. Оно связано с распадом частиц в атомном ядре, например, нейтрон в среднем за 15 мин. распадается на протон, электрон и антинейтрино. Большинство частиц нестабильны именно благодаря слабому взаимодействию. Слабая сила действует между лептонами, лептонами и адронами или только между адронами, ее действие тоже не зависит от электрического заряда.

     Электромагнитное  взаимодействие почти в 1000 раз слабее сильного, зато более дальнодействующее. Оно свойственно электрически заряженным частицам, а его носителем является не имеющий заряда фотон – квант электромагнитного поля. Электромагнитное взаимодействие определяет структуру атома, отвечает за большинство физических и химических явлений и процессов, им определяется агрегатное состояние вещества и др.

       Гравитационное взаимодействие  является самым слабым, имеет  решающее значение в космических  масштабах и неограниченный радиус действия. Гравитационное взаимодействие универсально, оно заключается во взаимном притяжении и определяется законом всемирного тяготения.

     Взаимодействие  элементарных частиц происходит при  помощи соответствующих физических полей, квантами которых они являются. Низшее энергетическое состояние поля, где отсутствуют кванты поля, называется вакуумом. При отсутствии возбуждения поле в вакууме не содержит частиц и не проявляет механических свойств, но при возбуждении в нем появляются соответствующие кванты, при помощи которых происходит взаимодействие. Существует гипотеза о наличии квантов гравитационного поля – гравитонов, но экспериментально она пока не подтверждена.

     Квантовое поле является совокупностью квантов  и носит дискретный характер, т.к. все взаимодействия элементарных частиц происходят квантованным образом. В чем тогда проявляется его континууальность (непрерывность)? В том, что состояние поля задается волновой функцией. С наблюдаемыми явлениями она связана не однозначно, а через понятие вероятности. При проведении целого комплекса опытов в итоге получается картина, которая напоминает результат волнового процесса. Микромир парадоксален: элементарная частица может быть составной частью любой другой элементарной частицы. Например, после столкновения двух протонов возникает много других элементарных частиц, в том числе протонов, мезонов, гиперонов. Феномен «множественного рождения» объяснил Гейзенберг: при соударении большая кинетическая энергия превращается в вещество, и мы наблюдаем множественное рождение частиц.

     Пока  еще не существует удовлетворительной теории происхождения и структуры  элементарных частиц. Многие физики думают, что создать ее можно при учете космологических причин. Исследование рождения элементарных частиц из вакуума в электромагнитных и гравитационных полях имеет большое значение, так как здесь проявляется связь микро - и мегамиров. Фундаментальные взаимодействия в мегамире определяют структуру элементарных частиц и их превращения.

     Основные  понятия темы:

     Квант – мельчайшая постоянная порция излучения.

     Фотон – квант электромагнитного поля.

     Фотоэффект  – выбивание из вещества электронов под действием электромагнитных волн, определяется частотой волны.

     Принцип соотношения неопределенностей (Гейзенберг): в квантовой механике нет таких состояний, в которых местоположение и количество движения имели бы вполне определенное значение.

     Принцип дополнительности (Бор): понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего.

     Спин  – собственный момент количества движения частицы.

     Сильное взаимодействие осуществляется на уровне атомных ядер, обеспечивает связь  нуклонов в ядре и определяет ядерные силы.

     Слабое  взаимодействие – короткодействующее, связано с распадом частиц в атомном ядре.

     Электромагнитное  взаимодействие свойственно электрически заряженным частицам, а его носителем является не имеющий заряда фотон.

     Гравитационное  взаимодействие универсально и определяется законом всемирного тяготения.

     Физический вакуум – низшее энергетическое состояние поля, где отсутствуют кванты.

III. Какое знание в научной форме исторически сложилось раньше: естественнонаучное или гуманитарное

      Естественные  науки являются составной частью естественнонаучной культуры, а гуманитарные соответственно гуманитарной культуры.

      Естественнонаучная  культура - это:

• совокупный исторический объем знания о природе и обществе;
• объем знания о конкретных видах и сферах бытия, который в сокращенно-концентрированной форме актуализирован и доступен изложению;
• усвоенное человеком содержание накопленного и актуализированного знания о природе и обществе.

      Гуманитарная  культура - это:

• совокупный исторический объем знания философии, религиоведения, юриспруденции, этики, искусствознания, педагогики, литературоведения и других наук;
• системообразующие ценности гуманитарного знания (гуманизм, идеалы красоты, совершенства, свободы, добра и т. п.).

      Специфика естественнонаучной культуры: знания о природе отличаются высокой  степенью объективности и достоверности (истинности). Кроме того, это глубоко специализированное знание.

      Специфика гуманитарной культуры: системообразующие  ценности гуманитарного знания определяются и активизируются исходя из принадлежности индивида к определенной социальной группе. Проблема истинности решается с учетом знания об объекте и оценки полезности этого знания познающим или потребляющим субъектом. При этом не исключается возможность толкований, противоречащих реальным свойствам объектов, насыщенность теми или иными идеалами и проектами будущего.

      Наличие в единой человеческой культуре двух разнородных типов (естественнонаучного  и гуманитарного) стало предметом  философского анализа еще в ХIХ  в. В ХХ в. эта проблема перешла  уже и в практическую плоскость:

      Возникло  четкое ощущение растущего разрыва естественнонаучной и гуманитарной культур. Проще говоря, гуманитарии и “естественники” элементарно перестали понимать друг друга. 

      К взаимопониманию можно прийти, начав  хотя бы с анализа причин и условий  появления взаимонепонимания. Почему, например, конфронтация естественно - научной и гуманитарной культур обострилась именно в XX веке, причем во второй его половине? Ответ на этот вопрос очевиден. Это время отмечено грандиозными успехами естествознания и практических его воплощений. Гуманитарная же культура предъявить что-нибудь равноценное не смогла.

      Естественные  науки часто именуются “точными”, а гуманитарные - “неточными”. Интуитивно ясно, что как бы гуманитарные науки  ни старались, достичь точности, строгости  и доказательности наук естественных им не дано. Подобное положение давно уже служит главной мишенью для критических стрел представителей естествознания. Поведение природных объектов однозначно детерминировано законами природы и поэтому четко предсказуемо. Другое дело - человек, обладающий свободой воли. Нет таких законов в природе, которые бы однозначно предписывали человеку, по каким траекториям ему перемещаться, какой род занятий (гуманитарный или естественно научный) предпочесть или как свою страну обустроить. Гуманитарные науки “очеловечивают”, наполняют смыслом и ценностью холодно - безразличный к нуждам человека природный мир. И в конце концов, что для человека важнее: знать, из каких клеток и тканей он состоит или в чем смысл его существования?

      Для того чтобы разобраться какое  знание возникло раньше, важно выяснить, когда оно возникло. В этом отношении развиваются различные представления.

      Иногда  отстаивается позиция, что естествознание возникло в каменном веке, когда  человек стал накапливать и передавать другим знания о мире. Так, Джон Бернал в книге "Наука в истории общества" пишет: "Так как основное свойство естествознания заключается в том, что оно имеет дело с действенными манипуляциями и преобразованиями материи, главный поток науки вытекает из практических технических приемов первобытного человека..." 

      Некоторые историки науки считают, что естествознание возникло примерно в V веке до н.э. в  Древней Греции, где на фоне разложения мифологического мышления возникают  первые программы исследования природы. Уже в Древнем Египте и Вавилоне были накоплены значительные математические знания, но только греки начали доказывать теоремы. Если науку трактовать как знания с его обоснованием, то вполне справедливо считать, что она возникла примерно в V веке до н.э. в городах-полисах Греции - очаге будущей европейской культуры.   

      Некоторые историки связывают возникновение  естествознания с постепенным освобождением  мышления от догм аристотелианских воззрений, которое связано с деятельностью  оксфордских ученых XII-XIV вв. - Роберта  Гроссета, Роджера Бэкона и др. Эти исследователи призывали опираться на опыт, наблюдения и эксперимент, а не на авторитет предания или философской традиции. 

      К сожалении, мне не удалось найти  более или менее точного времени  становления гуманитарных наук.

      Что же получается? Естествознание возникло в каменном веке, когда человек стал накапливать и передавать другим знания о мире. В то же время гуманитарное знание – это совокупный исторический объем знания философии, религиоведения, юриспруденции, этики, искусствознания, педагогики, литературоведения и других наук. И в том же каменном веке человек формирует свою модель поведения (так сказать своеобразная этика поведения). Человек строит свою систему ценностей: если он не добудет пищу, значит, он может умереть от голода. Записи и иллюстрации на стенах пещер, демонстрирующие охоту, ловлю и вообще жизнь. В конце концов отношения мужчины и женщины. Законы сохранения жизни. Многое дошло и до нас. И в нашем поведении присутствует.

      Таким образом, я считаю, что эти два  знания возникли одновременно с происхождением Homo sapiens – человеком разумным.