Революция в естествознании и смена прежней картины мира

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 уже было сказано, 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.

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, 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.

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.

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

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.

Все перечисленные и некоторые  другие особенности предопределили ограниченность механистической картины  мира, которые преодолевались в ходе последующего развития естествознания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 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.

 

 

 

 

 

4. 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).

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.

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 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.

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. 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.