Основные факторы возникновения опытной науки в эпоху Возрождения

Возникновение эксперементально-математического естествознания, эмпирической и рациональной философии. Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Ф. Бэкон, Р. Дэкарт.

Хотя первые попытки экспериментального изучения природы предпринимались еще в конце XIII и XIV вв. в университетах Парижа и Падуи, тем не менее, они, как и призывыоксфордской школы к опытному изучению природы, не могли сделать экспериментполноценным естественнонаучным методом исследования.

Галилео Галилей (1564—1642) по праву считается основоположником этого метода, так как именно ему впервые удалось применить эксперимент при создании основ новой науки — механики. Заслуга Галилея состоит не только в том, что он применил эксперимент для опытного изучения природы, но соединил его с математическим описанием. Благодаря математической обработке результатов экспериментов он ввел количественные методы измерения при обосновании и проверке своих теоретических моделей и гипотез.

Преимущество своего нового подхода к исследованию природы он доказал на примере опровержения широко распространенных в античной и средневековой науке представлений аристотелевской физики о том, что самым совершенным движением является движение по окружности, а само движение требует постоянного воздействия силы. На первый взгляд кажется, что если сила перестанет действовать, то движущееся тело сразу же остановится. Но такое представление, как показал Галилей, является несостоятельным. Для этого он стал рассматривать воображаемый случай. Реальный эксперимент показывает, что если уменьшить силу трения, то движущееся тело пройдет несколько больший путь, а когда уменьшится сопротивление воздуха, то этот путь станет еще больше. Если теперь вообразить, что все внешние силы перестанут действовать на движущееся тело, то мысленно можно представить, что оно будет двигаться равномерно по прямой неограниченно долго. Это свойство тел двигаться равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие внешние силы, было названо инерцией. Конечно, ни в каком реальном эксперименте такого свойства обнаружить нельзя. Поэтому оно представляет собой идеализацию, которая, тем не менее, помогает нам лучше понять реальные движения. Галилей прекрасно отдавал себе отчет в том, что абстракции и идеализации отличаются от конкретной действительности, но в ряде случаев от них можно отвлечься. В своей последней книге «Беседы и математические доказательства...» он писал: «Я допускаю, далее, что выводы, сделанные абстрактным путем, оказываются в конкретных случаях далекими от действительности...», но, опираясь на авторитет Архимеда, он заявляет, что «подобные допущения всеми принимались, ибо на практике инструменты и величины, с которыми мы имеем дело, столь ничтожны по сравнению с огромными расстояниями, отделяющими нас от центра земного шара, что мы смело можем принять шестидесятую часть градуса, соответствующей весьма большой окружности, за прямую линию, а два перпендикуляра, опущенные из ее концов, — за параллельные линии».

Новая традиция в естествознании, заложенная Галилеем, заключается не только в том, что он впервые стал систематически применять экспериментальный метод для проверки научных гипотез и теорий, но и широко использовал абстракции и идеализации для построения мысленных моделей. Именно построение таких моделей допускает математическое описание явлений и процессов. Важнейшим средством для их создания стал мысленный эксперимент, который после Галилея широко использовал И. Ньютон, а позднее А. Эйнштейн.

Преимущество реальных экспериментов перед наблюдениями заключается в том, что они точно определяют условия проведения опыта и устанавливают те важнейшие факторы, которые оказывают существенное влияние на его результаты. Благодаря этому становится возможным контролировать ход эксперимента и получить более точные результаты. Мысленные же эксперименты дают возможность строить математические модели и тем самым представляют собой эвристический метод поиска новых истин в науке.

С последующим совершенствованием и усложнением концептуальных и математических моделей улучшались способы их экспериментальной проверки. А это давало возможность науке расширять круг новых исследуемых явлений и выходить за пределы существующей практики. Новые идеи и открытия теперь сначала возникают и проверяются в рамках науки и только потом находят практическое применение в производстве и других сферах жизни. Теории и методы термодинамики, электромагнетизма, открытие атомной энергии и многие другие сначала были созданы в стенах лабораторий и лишь впоследствии нашли применение в промышленности и других отраслях народного хозяйства и культуры.

По мере дальнейшего развития наука становится мощным источником ускорения производительных сил общества, причем разрыв между новыми научными открытиями и их применением на практике все больше сокращается. Усиливается также тенденция по применению количественных (математических) моделей не только в естественных и технических, но и социально-экономических и гуманитарных науках. С последующим развитием естествознания улучшались и усложнялись модели, которые использовались для теоретического исследования природы, и одновременно с этим совершенствовалась техника и методика проведения экспериментов.

Появление новых открытий в естествознании и математике XVII века способствовало привлечению внимания ученых к анализу приемов и методов исследования явлений природы. Этой проблемой занимались не только сами естествоиспытатели, но и философы.

Френсис Бэкон (1561 — 1626) вошел в историю логики и философии как основоположник индуктивного метода, ориентированного на опытное исследование природы. Античная и средневековая наука опирались исключительно на дедуктивную логику, которая впервые была создана Аристотелем в форме силлогистики. Но дедукция учит, как выводить частные заключения из общих высказываний, и, по мнению Бэкона, не подходит для исследования природы, где приходится находить общие выводы с помощью отдельных фактов. Поэтому необходимо было создать новую, индуктивную логику, которая анализирует способы умозаключений от частных высказываний к общим. Самым элементарным способом индуктивных рассуждений является полная индукция, которая основывается на простом перечислении всех частных случаев, обладающих определенным общим свойством. Ее заключение имеет достоверный характер, и на этом основании ее нередко рассматривают как особый вид дедуктивного умозаключения. По результату полную индукцию действительно можно считать дедуктивным рассуждением, но по движению мысли от единичных суждений к общему заключению она имеет типично индуктивный характер. Но наиболее распространенной формой рассуждения от единичного к общему является неполная индукция, когда на основе выявления некоторого наблюдаемого общего свойства у конечного числа случаев делают заключение о его наличии у непроверенных случаев или класса в целом. Очевидно, что такое заключение всегда содержит риск оказаться ошибочным. Популярным примером может служить индуктивное обобщение «все лебеди — белые», оказавшееся неверным после обнаружения в Австралии черных лебедей. Таким образом, в отличие от дедукции заключение индукции является не достоверно истинным, а только вероятным в той или иной степени. Это объясняется тем, что связь между посылками и заключением дедукции носит логически необходимый характер, тогда как в индуктивном рассуждении она имеет лишь правдоподобный или вероятный характер. Другими словами, посылки индуктивного рассуждения лишь в определенной степени подтверждают заключение. Чтобы повысить его степень подтверждения, Бэкон стал рассматривать не только аналогичные, или сходные случаи, которые подтверждают заключение, но и случаи несходные, которые опровергают его. На основе построения таблиц сходства и различия Бэкон усовершенствовал способ поиска индуктивных обобщений, которые называл формой исследуемых явлений. В XIX веке Джон Стюарт Милль назвал их причинами и значительно расширил и улучшил приемы их поиска, которые обычно излагаются в учебниках по традиционной логике. Но Ф. Бэкон и даже Д. С. Милль слишком преувеличивали значение созданных ими индуктивных методов. В частности, Бэкон рассматривал свои каноны индукции как самый надежный метод для открытия новых истин о природе.

«Наш же путь открытия наук, — писал он, — немногое оставляет остроте и силе дарования, но почти уравнивает их. Подобно тому, как для проведения прямой или описания совершенного круга много значат твердость, умелость и испытанность руки, если действовать только рукой, мало или совсем ничего не значит, — если пользоваться циркулем и линейкой. Так обстоит и с нашим методом».

Нетрудно, однако, понять, что с помощью индуктивных методов и Бэкона и Милля можно открывать лишь простейшие эмпирические законы о причинной связи между наблюдаемыми на опыте свойствами явлений природы. На стадии первоначального накопления эмпирической информации, на которой находилась наука в XVII веке, индуктивные методы могли быть использованы для обобщения эмпирической информации и открытия простейших причинных связей. Но уже тогда создатели новой науки Галилей, Кеплер и другие широко использовали гипотезы и теоретические модели, для разработки и проверки которых применяли дедуктивные и математические методы. Существенным же недостатком воззрений Бэкона была именно недооценка дедукции и математики в исследовании природы. Не удивительно поэтому, что ученые того времени не обратили особого внимания на индуктивную логику Бэкона, хотя он подчеркивал решающую роль опыта в познании. Но это познание сопряжено с преодолением немалых трудностей субъективного характера, которые Бэкон называл «идолами» или «призраками», без преодоления которых невозможно достичь истинного знания. Так, призрак пещеры зависит от индивидуальных особенностей людей, их склонностей, пристрастий, предубеждений и т.п., которые накладывают свой отпечаток на их познание окружающего мира. Вследствие этого они рассматривают мир как бы из своей пещеры, а тем самым получают искаженное представление о действительности. Источником призрака театра является некритическая вера в авторитеты, которая мешает людям самостоятельно изучать природу. По мнению Бэкона, развитию естествознания немалый вред в прошлом нанесла непогрешимая вера в авторитет Аристотеля. Призрак площади связан с использованием языка, который содержит множество старых заблуждений и предрассудков, бессознательно усваиваемых людьми в процессе общения. Наконец, самым опасным английский философ считает призрак рода, который связан с самой познавательной сущностью людей, их чувствами и разумом. Человеку еще с первобытных времен свойственно стремление истолковывать явления и процессы природы по аналогии с собственными сознательными действиями, которое выражается в приписывании природе неких целей и намерений. Такой телеологический взгляд на природу Бэкон считал серьезным препятствием на пути науки, которая должна задавать природе не вопрос «для чего?», а — «почему?». Однако ответ на вопрос «почему?» он предлагал искать с помощью представлений, основанных на механической причинности.

Несмотря на эмпирический и механистический характер своей философии, Бэкон во многом способствовал прогрессу научного познания своего времени, выступая страстным защитником идеи применения науки в жизни и практике. По его мнению, наука служит средством для достижения счастья и блага для людей. «Ибо человек, — писал он, — слуга и истолкователь природы, столько совершает и понимает, сколько охватил в порядке природы делом или размышлением; и свыше этого он не знает и не может. Никакие силы не могут разорвать или раздробить цепь причин; и природа побеждается только подчинением ей. Итак, два человеческих стремления — к знанию и могуществу — поистине совпадают в одном и том же...».

Своей критикой натурфилософии и средневековой схоластики, настойчивой пропагандой опытного исследования природы и применения науки в практической жизни Ф. Бэкон снискал уважение не только своих современников, но и таких выдающихся ученых XVIII века, как И. Ньютон, Р. Гук, Р. Бойль. Нелишне также отметить, что К. Маркс и Ф. Энгельс называли Бэкона «настоящим родоначальником английского материализма и всей современной экспериментирующей науки».

Рене Декарт (1596—1650) в отличие от Ф. Бэкона является представителем рационалистического направления в философии науки и выдающимся математиком, создавшим аналитическую геометрию. Занятия такой абстрактной наукой, как математика, наложили отпечаток на его теорию и метод познания. Он опубликовал специальное сочинение «Рассуждение о методе», в котором подробно разбирает сущность и правила научного метода исследования.

«Под методом, — пишет Декарт, — я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых всегда препятствует принятию ложного за истинное и, без излишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно».

В этом определении он подчеркивает постепенный и непрерывный характер процесса научного познания, для которого важны не отдельные случайные открытия, зависящие от наблюдательности и остроты ума исследователя, а системный подход, способствующий организованному поиску новых истин. Для достижения этой цели Декарт формулирует основные правила метода:

1) начинать с простого и очевидного;

2) из него путем дедукции получать более сложные высказывания;

3) действуя при этом так, чтобы не было упущено ни единого звена, т.е. сохраняя непрерывность цепи умозаключений. Для выполнения этих действий необходимы две способности ума: интуиция и дедукция. С помощью интуиции ум усматривает первые начала, простейшие и очевидные, которые можно интуитивно постичь с первого взгляда и через самих себя непосредственно, не через посредство каких-либо других, но с помощью опыта над ними самими или некоего присущего нам света».

Эти правила наилучшим образом соответствуют математическому познанию, в котором исследование начинается с аксиом, которые рассматриваются как истины самоочевидные. Именно критерий очевидности Декарт, как известно, кладет в основу своей теории познания и поэтому рекомендует «включать в свои суждения только то, что представляется моему уму столь ясно, что не дает мне никакого повода подвергать их сомнению»². Все дальнейшие выводы и доказательства теорем осуществляются с помощью правил логической дедукции. Таким образом, взгляды Декарта на характер аксиом и математических доказательств не отличаются от представлений древнегреческих математиков, но он не разделяет их чрезмерных требований к строгости доказательств, а самое главное — значительно шире понимает сам предмет математического исследования. «К области математики, — указывает он, — относятся только те науки, в которых рассматривается либо порядок, либо мера, и совершенно несущественно, будут ли это числа, фигуры, звезды, звуки или что-нибудь другое, в чем отыскивается эта мера: таким образом, должна существовать некая общая наука, объясняющая все относящееся к порядку и мере, не входя в исследование никаких частных предметов, и эта наука должна называться не иностранным, но старым, уже вошедшим в употребление именем всеобщей математики, ибо она содержит в себе все то, благодаря чему другие науки называются частями математики. Под иностранным названием Декарт имеет в виду mathesis universalis, универсальную математику, которой пользовались до него. Если для античности образцом математической науки считалась геометрия, то для Декарта — алгебра, ибо она рассматривала с единой, общей точки зрения, как геометрию, так и арифметику. Именно алгебраический подход, при котором геометрические фигуры стало возможным представить как уравнения, помог Декарту построить аналитическую геометрию.

Новый общий взгляд Декарта на математику, как дедуктивную науку о порядке и мере, почти на два столетия опередил традиционное представление о ней, как науке о числах и геометрических фигурах. С точки зрения современной математики эти объекты составляют лишь малую часть абстрактных математических структур.

Другим важнейшим достижением Декарта было использование идеи функциональной зависимости для изучения процессов изменения, как в самой математике, так и в естествознании. Правда, у него отсутствует еще точное определение понятия функции, но в свой аналитической геометрии он широко использует идею об изменении одной переменной величины (функции) в зависимости от изменения другой переменной (аргумента). В дальнейшем он применяет функциональный подход для изучения процессов движения и изменения в природе, хотя единственной формой такого движения признает только механическое перемещение тел в пространстве с течением времени.

В отличие от аристотелевской физики, согласно которой движение стремится к достижению покоя, а следовательно, к саморазрушению, Декарт, напротив, утверждает, что оно направлено на самосохранение. Это стремление движения к самосохранению он называет законом инерции. В противоположность Аристотелю, который считал самым совершенным круговое движение, Декарт, как и Галилей, решительно заявляет, что «из всех движений только движение по прямой совершенно просто». Из этого принципа он выводит заключение о бесконечности космоса, так как бесконечное движение по прямой было бы невозможно в конечном космосе.

В основе декартовской теории движения лежат три основных закона.

Первый закон утверждает, что «всякая вещь в частности (поскольку она проста и неделима) продолжает по возможности пребывать в одном и том же состоянии и изменяет его не иначе, как от встречи с другими». Второй закон постулирует, что всякое движение в природе, не встречающее препятствия, происходит по прямой линии.

Третий закон предписывает, что «если движущееся тело при встрече с другим телом обладает для продолжения движения по прямой меньшей силой, чем второе тело для сопротивления первому, то оно теряет направление, не утрачивая ничего в своем движения; если же оно имеет большую силу, то движет за собой встречное тело и теряет в своем движении столько, сколько сообщает второму телу». Если два первых закона являются общими для ряда программ разработки механики в Новое время, то третий закон вызвал множество возражений. Они связаны главным образом с неприемлемой интерпретацией покоя своего рода антидвижения, т.е. сопротивления движению.

Существенный недостаток декартовской философии природы состоит в ориентации на чисто умозрительный характер ее принципов, не учитывающий необходимости их эмпирического обоснования. Тем не менее, философия Декарта получила широкое распространение во второй половине XVII века, а его идеи об универсальной механике оказывали свое влияние на ученых вплоть до появления «Математических начал натуральной философии» И. Ньютона, заложивших основы классической механики.