Глобальный эволюционизм

Главной принципиальной особенностью современной естественнонаучной картины мира стал принцип глобального эволюционизма. Его появление означает, что в современном естествознании утвердилось убеждение в том, что материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут существовать вне развития.

Это принципиально новый для естествознания взгляд на вещи, хотя сама идея эволюции родом из XIX века. Наиболее сильно она прозвучала, как известно, в учении Ч. Дарвина о происхождении видов. Справедливости ради надо отметить, что Дарвину принадлежит не столько сама идея эволюции, сколько предложенный механизм ее осуществления. Эта концепция легла в основу рождавшейся теоретической биологии. Эволюционное учение оказало сильнейшее влияние на умы современников Дарвина, однако перебраться через пропасть, отделявшую науки о живом от наук о неорганическом мире, в XIX веке оно так и не сумело, ограничив свое действие растительным и животным миром.

Вселенная в целом представлялась равновесной и неизменяемой. А поскольку время ее существования бесконечно, то вполне вероятен шанс появления в результате случайных локальных возмущений наблюдаемых неравновесных образований с заметной организацией своих структур (галактик, планетных систем и т.д.). Точно таким же «противоестественным» явлением, или артефактом (лат. arte – искусственно + factus – сделанный), выглядело появление жизни на нашей планете. И по всему выходило, что такого рода «отклонения» в существовании Вселенной – явления временные и со всем остальным космосом никак не связанные. Таков был довольно грустный итог естественнонаучной картины мира в XIX веке. В XX веке все радикально поменялось. Первую крупную брешь в антиэволюционном настрое классической физики пробило в начале 20-х годов открытие расширения Вселенной, или, иначе, ее нестационарности. Но если Вселенная расширяется, то встает вопрос о силах, сообщивших галактикам начальную скорость и необходимую для этого энергию. Современным ответом является теория Большого взрыва, воспроизводящая процессы зарождения нашей Вселенной из некоего исходного состояния с последующей эволюцией. Подчеркнем радикальное обновление наших представлений об устройстве мироздания: Вселенная нестационарна, она имела начало во времени, следовательно, она исторична, эволюционирует во времени.

В последние десятилетия благосклонное отношение к эволюционным представлениям начала проявлять химия. Раньше проблема «происхождения видов» вещества химиков не волновала. Однако ситуация изменилась, когда концепция Большого взрыва указала на историческую последовательность появления во Вселенной различных элементов. Ведь в первые мгновения жизни Вселенной в ней было так горячо, что ни один из компонентов вещества не мог существовать. Лишь в конце первых трех минут образовалось небольшое количество ядерного материала (ядер водорода и гелия), а первые целые атомы легких элементов возникли через несколько сотен тысяч лет после взрыва. Звезды первого поколения начинали жизнь с ограниченным набором легких элементов, из которых в результате синтеза и образовалось впоследствии все разнообразие таблицы Менделеева.

Еще более любопытная картина обнаруживается при наложении идеи эволюции на процесс образования сложных молекулярных соединений. Привычная нам дарвиновская эволюция показывает непрерывное нарастание сложности организации растительных и животных организмов (от одноклеточных до человека) через механизм естественного отбора. Миллионы видов были отбракованы этим механизмом, остались лишь самые эффективные. Поразительно, но нечто похожее, по-видимому, происходило и тогда, когда природа только «готовилась» к порождению жизни. Об этом говорит тот факт, что из более чем 100 известных химических элементов основу всего живого составляют только шесть: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая доля в живых организмах составляет 97,4%. Мир собственно химических соединений не менее диспропорционален. Ныне известно около 8 млн. химических соединений. 96% из них – это органические соединения, составленные из все тех же 6-18 элементов. Из всех остальных химических элементов природа почему-то создала не более чем 500 тыс. неорганических соединений. Налицо совершенно очевидный «отбор» химических элементов, свойства которых «дают преимущество» при переходе на более высокий уровень сложности и упорядоченности вещества.

В XX веке эволюционное учение интенсивно развивалось и в рамках биологии. Современный эволюционизм в дисциплинах биологического профиля предстает как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и даже биогеоценотическом. Наиболее выдающиеся успехи достигнуты на молекулярно-генетическом уровне: расшифрован генетический механизм передачи информации, выяснены роль и структура ДНК и РНК и т.п.

Идея эволюции праздновала успех и в других областях естествознания – в геологии, например, окончательно утвердилась концепция дрейфа континентов; а такие науки, как экология, биогеохимия, антропология, были изначально «эволюционны». Поэтому современное естествознание вправе провозгласить лозунг: «Все существующее есть результат эволюции!».

Вопросы для повторения и самоконтроля

1. Дайте определения понятиям «наука», «познание», «знание»?

2. Назовите критерии различения теоретического и эмпирического уровней научного познания. Какую роль играет каждый из этих уровней в научном познании?

3. Проследите общую направленность научного исследования по основным формам научного знания.

4. Дайте понятие метода научного познания.

5. По каким разделительным признакам можно классифицировать методы научного познания?

6. Дайте краткую характеристику методов естественнонаучных исследований.

7. Как формируется научная картина мира?

8. В чем суть принципа глобального эволюционизма?

Глава 3. ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

3.1. Натурфилософия и ее место в истории

естествознания. Возникновение античной науки

Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия (от лат. natura – природа), или философия природы. Послед­няя характеризовалась чисто умозрительным истолкованием природного мира, рассматриваемого в его целостности. Считалось, что философии – в ее натурфилософской фор­ме – отведена роль «науки наук», «царицы наук», ибо она является вместилищем всех человеческих знаний об окружа­ющем мире, а естественные науки являются лишь ее составными частями.

Когда в XIX веке естествознание достигло достаточно высокого уровня развития и был накоплен и систематизи­рован большой фактический материал, т.е. когда были познаны действительные причины явлений, раскрыты их реальные связи между собой, существование натурфилосо­фии потеряло всякое историческое оправдание. А в связи с этим понимание философии как «науки наук» также пре­кратило свое существование. Однако тесная двусторонняя связь между философией и естествознанием сохраняется по сей день.

Впервые наука в истории человечества возникает в Древней Греции в VIв. до н.э. Под наукой понимается не просто совокупность каких-то отрывочных сведений, а определенная система знаний, являющаяся ре­зультатом деятельности особой группы людей (научного со­общества) по получению новых знаний. В отличие от ряда древних цивилизаций (Египта, Вавилона, Ассирии) имен­но в культуре Древней Греции обнаруживаются указанные характеристики науки. При этом древнегреческие мыс­лители были, как правило, одновременно и философами, и учеными-естествоиспытателями. Это был доклассический этап в развитии естествоз­нания (классическое естествознание начнется позже – с XVI – XVII вв.).

Господство натурфилософии обусловило такие особен­ности древнегреческой науки, как абстрактность и отвле­ченность от конкретных фактов. Каждый ученый, который одновременно являлся и философом, стремился предста­вить все мироздание в целом, нимало не беспокоясь об отсутствии достаточного фактического материала о явлениях природы. Космоцентризм - важнейшая характеристика древнегреческой натурфилософии. Само слово «космос» первоначально означало «порядок» и при­менялось к обозначению воинского строя или государствен­ного устройства. Вместе с тем уже в VI–V вв. до н.э. появляется понимание космоса как Вселенной, как окружа­ющего человека мира, как природы.

Как во Вселенной (космосе) древнегреческая филосо­фия обнаруживала человека, так и в человеке она увидела Вселенную. Космос являлся как бы макрочеловеком, а че­ловек – это микрокосм.

3.2. Первый (ионийский) этап развития

древнегреческой натурфилософии

С VI в. до н. э. начинается особый период в истории науки и культуры Древней Греции. Это был период, когда древнегреческая цивилизация обрела господство в обшир­ном регионе, охватывающем юго-восточное Средиземно­морье, Малую Азию и часть черноморского побережья. К этому времени завершилось формирование древнегреческих городов-государств, в которых большое развитие получили торговля, ремесленное производство, культурная жизнь. Среди них выделялся Милет – главный город Ионийской колонии в Малой Азии, расположенный на побережье Эгейского моря. Через него проходили важные торговые пути из Греции в Азию. Город этот являлся также крупным культурным и политическим центром, куда устремлялись видные философы, ученые, политические деятели того времени. Сформировавшаяся там Милетская школа натур­философии оставила глубокий след в истории античной куль­туры.

Древнегреческий философ Гераклит Эфесский (544 – 483 гг. до н.э.) предлагал, например, в качестве такого первоначала огонь. «Этот космос, –- писал он, – единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, в полную меру воспламеняющимся и в полную меру погасающим». При этом Гераклит считал, что «все обменивается на огонь и огонь – на все, подобно тому как золото на товары, а товары на золото».

Подобным образом понимали основу мироздания и пред­ставители вышеупомянутой милетской школы. Ее основа­тель Фалес Милетский (примерно 625 – 547 гг. до н.э.) по­лагал, что началом всего существующего является вода. Все возникает из водыи, в конце концов, обращается в воду, учил он. Нашу землю он сравнивал с островом, плаваю­щим в океане воды. Фалес был одним из первых ученых античности, оставившим определенный след в истории ас­трономии и математики. Он получил известность благода­ря предсказанию солнечного затмения, определению солн­цестояний и равноденствий, открытию того, что Луна све­тит не своим светом. С его именем связывают нахождение способа измерения высоты пирамид по длине их тени. Им были указаны Полярная звезда и ряд созвездий, что послу­жило руководством для мореплавания. Фалес ввел кален­дарь, определив продолжительность года в 360 дней и раз­делив его на 12 тридцатидневных месяцев.

Ученик Фалеса Анаксимен (около 585-524 гг. до н.э.) признавал за основу всего воздух, обладающий способнос­тью разрежаться и уплотняться. Различной степенью его раз­режения и уплотнения он объяснял возникновение всех тел окружающего мира. Разрежаясь, воздух становится огнем, сгущаясь – облаками, водой и землей. Движение воздуха, порождающее многообразный мир, происходит вечно. Другой ученик Фалеса Анаксимандр (610-546 гг. до н.э.) пошел несколько иным путем. Он отказался принять за пер­вооснову мира какую-либо из вышеупомянутых четырех «сти­хий» (т. е. воду, воздух, огонь, землю), ибо считал, что не может быть первоосновой какое-либо состояние материи в ее конкретной, чувственно воспринимаемой форме. Пер­воосновой мироздания он считал качественно неопределен­ное мифическое первовещество, которому он дал наимено­вание «апейрон» (в переводе – «беспредельное», «неопреде­ленное»). Анаксимандр полагал, что «апейрон» первоначаль­но представлял собой неопределенную туманную массу, на­ходившуюся в постоянном круговом вращении, из которой, в конце концов, произошло все многообразие мира. Анаксимандру принадлежала первая в европейской на­уке попытка создать общекосмологическую картину мира. В этой картине Земля – центр Вселенной. Ее опоясывают три огненных кольца: солнечное, лунное и звездное. Эти коль­ца покрыты воздушной оболочкой, и, когда она разрывает­ся, человек видит небесные светила. В отличие от Фалеса, уподобившего Землю плавучему в океане острову, Анаксимандр утверждал, что Земля пребывает в мировом про­странстве, ни на что не опираясь.

Особое место в науке Древней Греции занимал Пифагор (прибл. 582 – 500 гг. до н.э.), который внес не малый для своей эпохи вклад в развитие математики и астрономии. Помимо всем известной «теоремы Пифагора» на счету этого антич­ного ученого имеется и ряд других научных достижений. К их числу относится, например, открытие того факта, что отношение диагонали и стороны квадрата не может быть выражено целым числом или дробью. Тем самым в матема­тику было введено понятие иррациональности. Имеются упоминания о том, что Пифагор придерживался мнения о шарообразности Земли и ее вращении вокруг собственной оси. Вместе с тем в своих космологических воззрениях Пи­фагор был геоцентристом, т. е. считал Землю центром Вселенной. Важной отличительной чертой миропонимания Пифа­гора было учение о числе как основе Вселенной. Считая, что мир состоит из пяти элементов (земли, огня, воздуха, воды и эфира), Пифагор увязал их с пятью видами правильных многогран­ников с тем или иным числом граней. Положив в основу космоса число, Пифагор придал этому старому слову обыденного языка новое значение. Это слово стало обозначать упорядоченное числом мироздание.

Ученики и последователи Пифагора (пифагорейцы) рас­сматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отноше­ний, приписывали определенным числам особые, мистичес­кие свойства, полагали, что, владея всеми вещами, числа могут определять и духовные, в частности, нравственные ка­чества.

3.3. Второй (афинский) этап развития

древнегреческой натурфилософии

Этот этап, охватывающий V-IV вв. до н.э., был пе­риодом времени между возвышением Афин как города-госу­дарства и подчинением Александром Македонским греческих полисов. В этот период в античной натурфилософии завер­шается господство концепции «стихий» как первоначал мира и возникает новое направление – анатомистика.

Своеобразным итогом взглядов представителей милет­ской школы и Гераклита явилось учение Эмпедокла (483 – 423 гг. до н.э.), согласно которому природа признается самостоятельно существующей, вечной, а в качестве первоосновы всего ее многообразия выдвигаются четыре эле­мента: земля, вода, воздух и огонь. Эти не­изменные «корни» вещей, по мнению Эмпедокла, смеши­ваясь друг с другом, образуют все богатство природы.

Но уже в этот период на смену подобным представле­ниям о мире приходит стройное по тому времени анатоми­ческое учение о природе. Выдающимся представителем но­вой натурфилософской идеологии анатомизма был Демок­рит (около 460 – 370 гг. до н.э.). Основные принципы его атомистического учения можно свести к следующим по­ложениям.

1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц – атомов и незаполненного пространства – пусто­ты. Наличие последней является обязательным условием для осуществления перемещения атомов в пространстве.

2. Атомы неуничтожимы, вечны, а потому и вся Все­ленная, из них состоящая, существует вечно.

3. Атомы представляют собой мельчайшие, неизмен­ные, непроницаемые и абсолютно неделимые частицы, которые, образно говоря, представляют собой «кирпи­чики мироздания».

4. Атомы находятся в постоянном движении, изменя­ют свое положение в пространстве.

5. Различаются атомы по форме и величине. Но все они настолько малы, что недоступны для восприятия орга­нами чувств человека. Форма их может быть весьма разнообразной. Самые малые атомы имеют, например, сферическую форму. Это, по выражению Демокрита, «атомы души и человеческой мысли». Слово «атом» в буквальном переводе с греческого означает «не­делимый».

6. Все предметы материального мира образуются из ато­мов различных форм и различного порядка их сочетаний (по­добно тому как слова образуются из букв).

Представляет интерес учение Демокрита о строении Все­ленной. Из атомов, считал он, образуются не только окру­жающие нас предметы, но и целые миры, которых во Все­ленной бесчисленное множество. Новые тела и миры возникают от сло­жения атомов. Уничтожаются они от разложения на атомы. Учение Демокрита об атомном строении тел, о беско­нечности Вселенной и множественности ее миров, о вечно­сти, неуничтожимости движения настолько опережало вре­мя, настолько ушло вперед, что впоследствии многие по­коления ученых разрабатывали его идеи.

Одним из величайших ученых и философов античнос­ти, чья деятельность совпала с афинским периодом разви­тия древнегреческой натурфилософии, был Аристотель (384–322 гг. до н.э.). Ученик знаменитого древнегречес­кого философа Платона, получивший образование в его академии, Аристотель создал впоследствии в Афинах свою собственную школу – Ликей, завоевавшую большую извес­тность. Интересен тот факт, что Аристотель был воспитателем будущего знаменитого полководца Алек­сандра Македонского – сына царя Македонии Филиппа.

В круг естественнонаучных интересов Аристотеля вхо­дили математика, физика, астрономия, биология. Арис­тотель явился создателем формальной логики, которую он называл силлогистикой, ибо в основе ее лежали силлогиз­мы, т.е. такие умозаключения, когда из двух суждений (посылок) вытекает определенное следствие. Среди естественных наук ему удалось достичь наиболь­ших успехов в изучении живой природы. Он определил жизнь как способность к самообеспечению, а также к неза­висимому росту и распаду. В своих исследованиях он упо­минает несколько сот различных животных. Причем опи­сывает многих из них с такой точностью и столь детально, что не оставляет сомнения в том, что это – его собствен­ные наблюдения. Несомненной заслугой Аристотеля было стремление к собиранию и систематизации знаний, накопленных в древ­нем мире. Исходя из своих представлений об отраслях зна­ния, он впервые попытался дать классификацию наук. С точки зрения Аристотеля, следует различать науки теоре­тические (где познание ведется ради него самого), практи­ческие (дающие руководящие идеи для поведения челове­ка) и творческие (где познание осуществляется для дости­жения чего-либо прекрасного).

Теоретические науки Аристотель разделил на три части: так называемую «первую философию», математику и физи­ку. «Первая философия» посвящена неким высшим началам всего существующего, недоступным для органов чувств и по­стигаемым лишь умозрительно. В ведении математики на­ходятся взятые в абстракции числовые и пространственные свойства тел. Физика изучает различные состояния тел в природе.

В истории науки Аристотель известен также как автор космологического учения, которое оказало огромное влия­ние на миропонимание многих последующих столетий. Кос­мология Аристотеля – геоцентристическое воззрение: Зем­ля, имеющая форму шара, неподвижно пребывает в центре Вселенной. Только шаровидное тело, каким и является Земля, объяснял Аристотель, может отбра­сывать в сторону, противоположную Солнцу, тень, кото­рая представляется темным кругом на лунном диске. К это­му же выводу о шаровидности Земли ведет, по мне­нию Аристотеля, и свойственное Земле тяготение к центру Вселенной.

В отличие от космологических воззрений Демокрита, космология Аристотеля включала представление о простран­ственной конечности мироздания. В этой конечной про­тяженности космоса расположены твердые кристально-про­зрачные сферы, на которых неподвижно закреплены звез­ды и планеты. Их видимое движение объясняется враще­нием указанных сфер. С крайней («внешней») сферой со­прикасается «Перводвигатель Вселенной», являющийся ис­точником всякого движения. Он не материален, ибо это есть Бог. Геоцентристская космология Аристотеля, впоследствии математически оформленная и обоснованная Птолемеем, заняла господствующее положение в космологии не только поздней античности, но и всего периода Средневековья вплоть до XVI века.

3.4. Третий (эллинистский) этап в древнегреческой натурфилософии

Данный этап – примерно с 330 по 30 гг. до н.э. – начинается с подчинения Александром Македонским само­стоятельных городов-государств Древней Греции и завер­шается возвышением Древнего Рима. Правители Македонии серьезно и внимательно относились к древнегреческой науке. Это отношение диктовалось необ­ходимостью совершенствования техники и технологии ре­месленного производства. Новая столица Птолемеев (305–30 гг. до н.э.) ста­ла крупным по тогдашнему времени научным и культурным центром.

Следует отметить, что правители Македонии были, по­жалуй, первыми в своих попытках осуществить государствен­ную организацию и финансирование науки. В Александ­рии в начале III в. до н. э. был создан Мусейон (в перево­де с греческого «храм муз»), имевший большое значение для развития науки и игравший роль одновременно научно­го учреждения, музея и научной школы. Мусейон был свя­зан с упоминавшимся выше афинским Ликеем, основан­ным еще Аристотелем, а впоследствии возглавлявшимся из­вестным ученым Стратоном.

Одним из крупнейших ученых-математиков рассматри­ваемого периода был Евклид, живший в III в. до н. э. в Александрии. В своем объемистом труде «Начала» он при­вел в систему все математические достижения того време­ни. Состоящие из пятнадцати книг «Начала» содержали не только результаты трудов самого Евклида, но и включали достижения других древнегреческих ученых. В «Началах» были заложены основы античной математики. Созданный Евклидом метод аксиом позволил ему построить здание гео­метрии, носящей по сей день его имя.

Характерной чертой истории эллинистского периода древнегреческой натурфилософии, так же как и ее преды­дущего периода, являются идеи атомистики. Последние по­лучили свое развитие в учении Эпикура (324-270 гг. до н.э.). Эпикур разделял точку зрения Демокрита, согласно кото­рой мир состоит из атомов и пустоты, а все существующее во Вселенной возникает в результате соединения атомов в различных комбинациях. Вместе с тем Эпикур внес в опи­сание атомов, сделанное Демокритом, некоторые поправ­ки: атомы не могут превышать известной величины, число их форм ограничено, атомы обладают тяжестью и т. д. Но самое главное в атомистическом учении Эпикура – это по­пытка найти какие-то внутренние источники жизни атомов. Он высказал мысль, что изменение направления их движе­ния может быть обусловлено причинами, содержащимися внутри самих атомов.

Эллинистский период в древнегреческой науке характе­ризовался также и немалыми достижениями в области меха­ники. Первоклассным ученым – математиком и механиком – этого периода был Архимед (287–212 гг. до н. э.). Он решил ряд задач по вычислению площадей поверхностей и объемов, определил значение числа π (представляющего собой отношение длины окружности к своему диаметру). Архимед ввел понятие центра тяжести и разработал методы его определения для различных тел, дал математический вывод законов рычага. Ему приписывают «крылатое» выражение: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Архимед по­ложил начало гидростатике, которая нашла широкое приме­нение при проверке изделий из драгоценных металлов, и оп­ределении грузоподъемности кораблей.

Широчайшую известность получил закон Архимеда, касающийся плавучести тел. Согласно этому закону, на всякое тело, погруженное в жидкость, действует поддер­живающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости, направленная вверх и приложенная к центру тяжести вы­тесненного объема. Если вес тела меньше поддерживающей силы, тело всплывает на поверхность, причем степень по­груженности плавающего на поверхности тела определяется соотношением удельных весов этого тела и жидкости. Если вес тела больше поддерживающей силы, то оно тонет. В случае же, когда вес тела равен поддерживающей силе, это тело плавает внутри жидкости (как рыба или подводная лодка).

Научные труды Архимеда находили приложение в об­щественной практике. Многие технические достижения того времени связаны с его именем. Ему принадлежат много­численные изобретения: так называемый «архимедов винт» (устройство для подъема воды на более высокий уровень), различные системы рычагов, блоков, полиспастов и вин­тов для поднятия больших тяжестей, военные метательные машины. Во время второй Пунической войны Архимед воз­главлял оборону своего родного города Сиракузы, осажден­ного римлянами. Под его руководством были изготовлены весьма совершенные по тому времени машины, метавшие снаряды и не позволявшие римлянам овладеть городом. Когда же осенью 212 г. до н. э. Сиракузы были все же взяты римлянами, Архимед погиб. Существует легенда, что перед смертью он сказал собиравшемуся его убить римскому солдату: «Только не трогай моих чертежей». Архимед был одним из последних представителей есте­ствознания Древней Греции. К сожалению, его научное на­следие долго не получало той оценки, которой оно заслу­живало. Лишь спустя более полутора тысяч лет, в эпоху Воз­рождения, труды Архимеда были оценены по достоинству и получили дальнейшее развитие. Первый перевод трудов Архимеда был сделан в 1543 году – в том же году, когда вышел в свет основополагающий труд Николая Коперни­ка, совершившего переворот в миропонимании.

3.5. Древнеримский период античной натурфилософии

В Древнем Риме было немало талантливых натурфило­софов, внесших определенный вклад в прогресс естество­знания. Но все же новых идей в этот период было выдви­нуто значительно меньше, чем в истории Древней Греции. Одним из наиболее известных натурфилософов – атомистов Древнего Рима был Тит Лукреций Кар (Лукреций), жив­ший в I в. до н. э. Его философская поэма «О природе вещей» является важным источником, содержащим много интересных сведений об атомистических воззрениях Демок­рита и Эпикура. Лукреций высказал мысль о вечности материи. Вещи временны, они возникают и ис­чезают, распадаясь на атомы – свои первичные составные части. Атомы же вечны, и их количество во Вселенной все­гда остается одним и тем же.

Сохранилось не так уж много сочинений древнеримско­го периода, посвященных естественнонаучным вопросам. Помимо упомянутой поэмы Лукреция, можно назвать сочи­нения Аннея Сенеки, Паппа Александрийского, Диофанта, Манилия. Все они написаны в литературной форме, т. е. в виде диалогов, поэм, энциклопедий. Сочинение Сенеки со­держит сведения по физике, метеорологии и географии. Поэма Манилия касается астрономии. А сочинения Паппа Александрийского и Диофанта посвящены математике.

Говоря о состоянии естествознания в эпоху Древнего Рима, необходимо особо отметить натурфилософское насле­дие Клавдия Птолемея (прибл. 90–168 гг. н. э.). Боль­шую часть своей жизни он провел в Александрии и факти­чески может считаться древнегреческим ученым. Но его научная деятельность протекала в период, когда Римская империя находилась в состоянии расцвета и включала в себя территорию Древней Греции. Птолемей по праву считается одним из крупнейших ученых античности. Он серьезно за­нимался математикой, увлекался географией, много вре­мени посвящал астрономическим наблюдениям. Главный труд Птолемея, носивший название «Математическая сис­тема», определил дальнейшее развитие астрономии более чем на тысячелетие. Сохранился его арабский перевод, который много позднее, уже в XII веке, был переведен на латинский язык. Поэтому книга Птолемея дошла до нас под арабским лати­низированным названием «Альмагест».

В этой книге нашла отражение колоссальная работа, проделанная Птолемеем по созданию первой математичес­кой теории, описывающей движение Солнца и Луны, а так­же пяти известных тогда планет на видимом небосводе. В своем «Альмагесте» Птолемей рисует следующую схему ми­роздания: в центре Вселенной находится неподвижная Зем­ля. Ближе к Земле находится Луна, а затем следуют Мерку­рий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Объясняя данный порядок планет. Птолемей исходил из предполо­жения, что чем быстрее движется планета, тем ближе к Земле она расположена.

Геоцентрическая система мира, на обоснование кото­рой Птолемей потратил немало сил, просуществовала пос­ле его смерти чрезвычайно долго – целых 1375 лет, вплоть до опубликования знаменитого труда Н. Коперника, заменившего эту систему на гелиоцентрическую. В послекоперниковскую эпоху Птолемея вспоминают, главным образом, как автора отвергнутой наукой системы мира.

3.6. Естествознание эпохи Средневековья

Эпоха Средних веков характеризовалась в Европе зака­том классической греко-римской культуры и резким усиле­нием влияния церкви на всю духовную жизнь общества. В эту эпоху философия тесно сближается с теологией (богословием), фактически становится ее «служанкой». Возникает непреодолимое противоречие между наукой, де­лающей свои выводы из результатов наблюдений, опытов, включая и обобщение этих результатов, и схоластическим богословием, для которого истина заключается в религиоз­ных догмах. Схоластика (от греч. «схоластикос» – школьный) – средневеко­вая «школьная философия», представители которой стремились ра­ционально обосновать и систематизировать христианское вероучение.

Пока европейская христианская наука переживала дли­тельный период упадка (вплоть до XII–XIII вв.), на Восто­ке, наоборот, наблюдался прогресс науки. Со второй по­ловины VIII в. научное лидерство явно переместилось из Европы на Ближний Восток. В IX веке наряду с выше­упомянутым трудом Птолемея («Альмагест») на арабский язык были переведены «Начала» Евклида и сочинения Аристотеля. Таким образом, древнегреческая научная мысль получила известность в мусульманском мире, способствуя развитию астрономии и математики. В истории науки это­го периода известны такие имена арабских ученых, как Му­хаммед аль-Баттани (850–929), астроном, составивший но­вые астрономические таблицы, Ибн-Юнас (950–1009), до­стигший заметных успехов в тригонометрии и сделавший немало ценных наблюдений лунных и солнечных затмений, Ибн аль-Хайсам (965–1020), получивший известность сво­ими работами в области оптики, Ибн-Рушд (1126–1198), виднейший философ и естествоиспытатель своего времени, считавший Аристотеля своим учителем.

Средневековой арабской науке принадлежат и наиболь­шие успехи в химии. Опираясь на материалы александрий­ских алхимиков I века и некоторых персидских школ, араб­ские химики достигли значительного прогресса в своей области. В их работах алхимия постепенно превращалась в химию. А уже отсюда (благодаря, главным образом, испанс­ким маврам) в позднее средневековье возникла европейс­кая химия.

Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфорд­ский, Кембриджский и др.), которые стали образовывать­ся начиная с XII века. И хотя эти университеты первона­чально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математичес­кого и естественнонаучного направления, а само обучение носило более чем когда-либо раньше систематический характер.

XIII век характерен для европейской науки началом экс­перимента и дальнейшей разработкой статики Архимеда. Здесь наиболее существенный прогресс был достигнут груп­пой ученых Парижского университета во главе с Иорданом Неморарием (вторая половина XIII в.). Они развили антич­ное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла, – задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.

В XIV веке в полемике с античными учеными рожда­ются новые идеи, начинают использоваться математичес­кие методы, т.е. идет процесс подготовки будущего точ­ного естествознания. Лидерство переходит к группе ученых Оксфордского университета, среди которых наиболее зна­чительная фигура – Томас Брадвардии (1290–1349). Ему принадлежит трактат «О пропорциях» (1328 г.), который в истории науки оценивается как первая попытка написать «Математические начала натуральной философии» (именно так почти триста шестьдесят лет спустя назовет свой знаме­нитый труд Исаак Ньютон).

Все вышесказанное свидетельствует о том, что на про­тяжении многовековой, довольно мрачной эпохи, именуе­мой Средневековьем, интерес к познанию явлений окружа­ющего мира все же не угасал, и процесс поиска Истины продолжался. Появлялись все новые и новые поколения уче­ных, стремящихся, несмотря ни на что, изучать природу. Вместе с тем научные знания этой эпохи ограничивались в основном познанием отдельных явлений и легко укладыва­лись в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля). В таких условиях наука еще не могла подняться до раскрытия объективных законов природы. Ес­тествознание в его нынешнем понимании еще не сфор­мировалось. Оно находилось в стадии своеобразной «преднауки».

3.7. Научные революции в истории общества

Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире (как это могло показаться из предше­ствующего изложения). И если процесс простого прираще­ния знаний (а иногда и вымыслов) был присущ на­турфилософии античности, для «преднауки» средневековья, то с XVI века характер научного прогресса существенно ме­няется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, ра­дикально меняющий прежнее видение мира.

Эти переломные этапы в генезисе научного знания по­лучили наименование научных революций. Причем револю­ция в науке - это, как правило, не кратковременное собы­тие, ибо коренные изменения в научных знаниях требуют оп­ределенного времени. Поэтому в любой научной революции можно хронологически выделить некоторый более или менее длительный исторический период, в течение которого она происходит.

Эти решающие этапы в развитии фундаментальных наук можно разделить по результатам и степени влияния на раз­витие науки в целом на глобальные научные революции и на «микрореволюции» в отдельных науках. Последние оз­начают создание новых теорий в той или иной области на­уки, которые меняют представления об определенном, срав­нительно узком круге явлений, но не оказывают решающе­го влияния на существующую научную картину мира, не требуют коренного изменения способа научного мышления.

Глобальная научная революция приводит к формирова­нию совершенно нового видения мира, вызывает появле­ние принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечет за собой новые спосо­бы, методы его познания. Глобальная научная революция может происходить первоначально в одной из фундаменталь­ных наук (или даже формировать эту науку), превращая ее затем на определенный исторический период в лидера науки. Последнее означает, что происходит своеобразная экс­пансия ее новых представлений, принципов, методов, воз­никших в ходе революции, на другие области знания и на миропонимание в целом. В дальнейшем изложении мы рассмотрим несколько глобальных научных революций, имевших место в истории естествознания и определивших характер его формирования и развития во второй половине нынешнего тысячелетия.

3.8. Первая научная революция.

Гелиоцентрическая система мира

Первая научная революция произошла в эпоху, оставив­шую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период конца XV-XVI вв., ознаменовавший переход от Средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Последняя характеризовалась возрож­дением культурных ценностей античности (отсюда и назва­ние эпохи), расцветом искусства, утверждением идей гума­низма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась суще­ственным прогрессом науки и радикальным изменением ми­ропонимания, которое явилось следствием появления гелио­центрического учения великого польского астронома Нико­лая Коперника (1473–1543).

В своем труде «Об обращениях небесных сфер» Копер­ник утверждал, что Земля не является центром мироздания и что «Солнце, как бы восседая на Царском престоле, уп­равляет вращающимся около него семейством светил». Это был конец старой аристотелевско-птолемеевской геоцент­рической системы мира. На основе большого числа астро­номических наблюдений и расчетов Коперник создал новую, гелиоцентрическую систему мира, что явилось первой в ис­тории человечества научной революцией.

Возникло принципиально новое миропонимание, ко­торое исходило из того, что Земля одна из планет, движу­щихся вокруг Солнца по круговым орбитам. Совершая об­ращение вокруг Солнца, Земля одновременно вращается и вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звездного неба. Но гелио­центрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предполагаемого центра Вселенной. Включив Землю в число небесных тел, кото­рым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчиненном некоторым об­щим закономерностям единой механики. Учение Коперника подрывало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Католическая церковь не могла согласиться с этими выводами, затрагивающими основы ее мировоззрения. Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям. Сам Коперник избежал пресле­дования со стороны католической церкви ввиду своей смер­ти, случившейся в том же году, в котором был опублико­ван его главный труд «Об обращении небесных сфер». В 1616 году этот труд был занесен в папский «Индекс» запре­щенных книг, откуда был вычеркнут лишь в 1835 году.

Существенным недостатком взглядов Коперника было то, что он разделял господствовавшее до него убеждение в конечности мироздания. И хотя он утверждал, что види­мое небо неизмеримо велико по сравнению с Землей, он все же полагал, что Вселенная где-то заканчивается твер­дой сферой, на которой были закреплены неподвижные звезды.

Одним из активных сторонников учения Коперника, поплатившегося жизнью за свои убеждения, был знамени­тый итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548–1600). Но он пошел дальше Коперника, отрицая наличие центра Вселенной вообще и отстаивая тезис о бесконечности Все­ленной. Бруно говорил о существовании во Вселенной мно­жества тел, подобных Солнцу и окружающим его планетам. Причем многие из бесчисленного количества миров, счи­тал он, обитаемы .

Инквизиция имела серьезные причины бояться распрост­ранения образа мыслей и учения Бруно. В 1592 году он был арестован и в течение восьми лет находился в тюрьме, под­вергаясь допросам со стороны инквизиции. 17 февраля 1600 г., как нераскаявшийся еретик, он был сожжен на кос­тре на Площади цветов в Риме. Однако эта бесчеловечная акция не могла остановить прогресса познаний человеком мира. На научном небосводе уже взошла звезда Галилея.

3.9. Вторая научная революция.

Создание классической механики

Трагическая гибель Джордано Бруно произошла на ру­беже двух эпох: эпохи Возрождения и эпохи Нового време­ни. Последняя охватывает три столетия – XVII, XVIII, XIXвв. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной на­уки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон, Бруно Джордано.

В учении Галилео Галилея (1564–1642) были заложены основы нового механистического естествознания. До Галилея общепринятым в науке считалось понима­ние движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие пре­кращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повсе­дневным опытом) является ошибочным. Вместо него Га­лилей сформулировал совершенно иной принцип, получив­ший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не из­меняя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.

Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падаю­щим телом путь пропорционален квадрату времени падения.

Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Он понимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля силь­но тормозит развитие науки. Истинное знание, считал Галилеи, достижимо исключительно на пути изучения при­роды при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическим знанием разума, – а не пу­тем изучения и сличения текстов в рукописях античных мыслителей. Используя построенные им телескопы (вначале это был скромный оп­тический прибор с трехкратным увеличением, а впослед­ствии был создан телескоп и с 32-кратным увеличением), Галилеи сделал целый ряд интересных наблюдений и откры­тий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой пла­неты Солнечной системы Юпитера Галилей обнару­жил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). На­блюдения за Луной показали, что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию, т.е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей убедился, что кажущийся туманно­стью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд.

Но самое главное в деятельности Галилея как ученого-астронома состояло в отстаивании справедливости учения Н. Коперника. Галилей сумел показать несостоятельность всех этих сомнений и дать блестящее естественнонаучное доказатель­ство справедливости гелиоцентрической системы в знаме­нитой работе «Диалог о двух системах мира – Птолемеевской и Коперниковой».

Как уже отмечалось выше, католической церковью в 1616г. было принято решение о запрещении книги Коперника «Об обращениях небесных сфер», а его учение объявле­но еретическим. Галилей в этом решении упомянут не был, но ему все же пришлось предстать перед судом инквизиции. После длительных допросов он был вынужден отречься от учения Коперника и принести публичное покаяние. Спустя 350 лет после смерти Галилея, в октябре 1992 г., он был реабилитирован католической церковью, его осуждение было признано ошибочным, а учение правильным. Глава римско-като­лической церкви папа Иоанн Павел II заявил при этом, что цер­ковь не должна выступать против науки, а, наоборот, должна под­держивать научный прогресс (из телевизионной информационной программы «Время» от 31 октября 1992 г.).

С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник», ознакомился и дал им высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI - первой трети XVII вв. Иоган Кеплер (1571–1630). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о «Звездном вестнике».

Кеплер занимался поисками законов небесной механи­ки и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три за­кона движения планет относительно Солнца. В своем пер­вом законе Кеплер отказывается от коперниковского пред­ставления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, прове­денный от Солнца к планете, в равные промежутки време­ни описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите непосто­янна, и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Тре­тий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения пла­нет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстоя­ний от него.

Помимо сказанного, Кеплеру принадлежит немало заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию солнечных и лунных затмений, предложил способы их пред­сказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы – по имени австрийского императора Рудольфа II, при дворе которого Кеплер занимал место астронома, сменив на этой должности умершего Тихо Браге. Кеплеру принад­лежит также решение ряда важных для практики стереомет­рических задач. Конечно, главной заслугой Кеплера было открытие за­конов движения планет. Но он не объяснил причины их движения. Поскольку Кеплер был сторонником гелиоцентричес­кой космологии Коперника и не скрывал этого, Ватикан относился к его сочинениям отрицательно, включив неко­торые из них в список запрещенных книг.

Большое впечатление на естествоис­пытателей произвела теория вихрей, выдвинутая в 40-х го­дах XVII в. французским ученым Рене Декартом (1596–1650). Декарт полагал, что мировое пространство заполнено особым легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Вихревые потоки, окру­жая все небесные тела, увлекают их и приводят в движе­ние. Солнечная система представляет собой громадный вихрь, в центре которого находится Солнце. Этот солнеч­ный вихрь увлекает в своем движении все планеты. Что касается эллиптического движения планет по уже известным законам Кеплера, то Декарт не смог ясно этого объяснить. Он говорил, что под действием давления со­седних вихрей и вследствие других причин вихри могут при­нимать сплюснутую или эллиптическую форму.

Космологическая гипотеза Декарта оказалась несостоя­тельной и была отвергнута последующим развитием науки. Но Декарт обессмертил свое имя в другой области – в мате­матике. Создание им основ аналитической геометрии, вве­дение осей координат, носящих по сей день наименование декартовых, введение им многих алгебраических обозначе­ний, формулирование понятия переменной величины – вот далеко не полный перечень того, что сделал Декарт в обла­сти математики, обеспечив ее существенный прогресс.

Вторая научная революция завершилась творчеством од­ного из величайших ученых в истории человечества, како­вым был Исаак Ньютон (1643–1727). Его научное насле­дие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) дифференциального и интегрального исчисления, и важные ас­трономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телеско­пов (он, так же как и Галилеи, именно телескопу обязан первым признаниям своих научных заслуг), и большой вклад в развитие оптики (он, в частности, поставил опыты в об­ласти дисперсии света и дал объяснение этому явлению). Но самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики.

Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон механики Ньютона – это принцип инерции, впервые сфор­мулированный еще Галилеем: всякое тело сохраняет состоя­ние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. Существо второго закона механи­ки Ньютона состоит в констатации того факта, что приоб­ретаемое телом под действием какой-то силы ускорение пря­мо пропорционально этой действующей силе и обратно про­порционально массе тела. Наконец, третий закон механи­ки Ньютона - это закон равенства действия и противодей­ствия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противопо­ложные стороны.

Данная система законов движения была дополнена от­крытым Ньютоном законом всемирного тяготения, соглас­но которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное при­тяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно про­порциональное квадрату расстояния между ними.

Пожалуй, ни одно из всех ранее сделанных научных от­крытий не оказало такого громадного влияния на дальней­шее развитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения. Огромное впечатление на ученых произво­дил масштаб обобщения, впервые достигнутый естествозна­нием. Это был поистине универсальный закон природы, ко­торому подчинялось все – малое и большое, земное и небес­ное. Этот закон явился основой создания небесной механи­ки – науки, изучающей движение тел Солнечной системы.

Существует легенда о знаменитом яблоке, падение которого с дерева будто бы навело Ньютона на мысль о законе всемирного тяго­тения. Но эта легенда имеет различные толкования. Стукелей – друг Ньютона – утверждал, что якобы сам Ньютон рассказал ему эпизод с яблоком, который и помог ему открыть закон всемирного тяготения. А другой друг Ньютона, Пембертон, считал, что Нью­тон, возможно, специально выдумал историю с яблоком, чтобы отделаться от не в меру любопытных собеседников типа Стукелея.

В 1687 г. вышел в свет главный труд Ньютона «Мате­матические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. В своей знаменитой работе Ньютон предложил учено­му миру научно-исследовательскую программу, которая вскоре стала ведущей не только в Англии, на родине вели­кого ученого, но и в континентальной Европе. Свою науч­ную программу Ньютон назвал «экспериментальной фило­софией», подчеркивая решающее значение опыта, экспе­римента в изучении природы.

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