3.2. Принцип единства Вселенной. Единство законов природы и состава вещества во вселенной реферат

3.2. Принцип единства Вселенной

Здравый смысл говорит нам, что из ничего невозможно создать ничего. Однако законы природы не всегда опираются на здравый смысл человека. Открывая законы природы, человек сначала очень удивляется, так как встречается с тем, чего не ожидал, что противоречит его убеждениям. Затем он привыкает к этому и принимает как само собой разумеющееся (очень ярко это наблюдалось в связи с квантовой теорией - по мере того, как в физику приходили молодые незакомплексованные умы, которые принимали квантовые парадоксы, как само собой разумеющееся, разрешался и кризис неприятия новых взглядов на мир). То есть границы здравого смысла человека достаточно динамичны. Так произошло, например, с законом сохранения энергии. Сейчас он ни у кого не вызывает сомнения. Но были и другие времена. Более того, до сих пор масса добровольных изобретателей вечного двигателя не может смириться с этим законом. Но природу не обманешь, существует ряд принципиальных ограничений, через которые перешагивать невозможно.

Согласно современным представлениям принципы сохранения лежат в самом фундаменте мироздания. Как же могла Вселенная нарушить эти принципы, возникнув из ничего? Оказывается, парадокс существует только по отношению к здравому смыслу человека, но не по отношению к принципам сохранения. Действительно, было исходное состояние, когда ничего не было. И до сих пор суммарный эффект всех явлений Вселенной равен нулю. В целом Вселенная до сих пор является абсолютным «ничто».

Имеется масса подтверждений этому. Так ни у кого не вызывает серьезных сомнений тот факт, что суммарный электрический заряд Вселенной равен нулю. То есть, не смотря на грандиозность размеров Вселенной, мы убеждены, что количество отрицательных зарядов в точности равно количеству положительных. Мы уже знаем, что электрические заряды всегда рождаются в паре, так что суммарный заряд рожденной пары равен нулю. Это потом новорожденные заряды разлетаются по пространству, участвуя в совершено разных явлениях. По отношению ко всей Вселенной с рождением пары зарядов вряд ли что-то меняется. И если уж возникают какие-то изменения, то они в точности компенсируются изменениями другого знака, так что в итоге состояние Вселенной остается прежним.

Суммарная энергия Вселенной похоже также равна нулю: отрицательная энергия притяжения (сближения) может полностью уравновешиваться положительной энергией отталкивания (разбегания). Именно здесь, вероятно, следует искать природу некоторых сил. Например, силы гравитации, проявляющиеся в локальном притяжении массивных тел друг к другу, по-видимому, совершенно точно уравновешиваются фактом разбегания галактик в процессе расширения Вселенной.

Массивность (инерционность) физических тел также не является принадлежностью этих тел, а обусловлена фактом притяжения этих тел со стороны всей Вселенной. Это утверждение называется принципом Маха, который хотя и не доказан, но многие авторитетные ученые склоняются в пользу его справедливости. Попытка изменить положение тела по отношению к Вселенной вызывает с ее стороны ответную реакцию в форме силы инерции, препятствующей данному изменению. Принцип Маха можно распространить не только на массивность тел, но и на другие их параметры. То есть любое проявление, которое мы наблюдаем в данном физическом теле, обусловлено фактом принадлежности этого тела Вселенной и взаимодействием с ней. Значит, если физическое тело каким-то фантастическим образом вынести за пределы Вселенной, то оно просто перестанет существовать, так как исчезнут все его свойства (массивность, протяженность, внутренние взаимодействия и т.п.).

Можно бесконечно приводить примеры полной взаимоуравновешенности явлений и процессов во Вселенной. Все они приводят к утверждению, которое можно сформулировать в виде гипотезы: все явления и процессы во Вселенной взаимоуравновешены так, что по любому проявлению в целом Вселенная равна нулю так же, как и до ее возникновения (принцип абсолютного нуля).

Это объясняет принцип дополнительности, который в более широкой формулировке звучит следующим образом: любое явление может рождаться и существовать в физической реальности только в паре со своей противоположностью (отрицанием). Благодаря наличию во Вселенной феноменов пространства и времени, несмотря на взаимоуравновешенность всех явлений, противоположности могут быть разделены либо в пространстве, либо во времени, что препятствует их полной аннигиляции и приводит к существованию локальных неоднородностей и в конечном итоге всего актуального мира (реальности).

Неоднородности могут быть реализованы либо в статике, либо в динамике. Пример статического равновесия: равенство положительного и отрицательного заряда Вселенной. Локальные статические неоднородности возможны благодаря наличию во Вселенной феномена пространства. Пример динамического равновесия: равенство напряжения и противо-ЭДС при замыкании рубильника в цепи с индуктивностью: гдеL - индуктивность, q - электрический заряд. Существование подобных явлений возможно благодаря наличию во Вселенной феномена времени.

Подтверждением сказанному может служит также один из наиболее фундаментальных законов, известный как принцип Ле Шателье - Брауна: на любое изменение Вселенная откликается возникновением процессов, тормозящих данное изменение. То есть любое изменение порождает динамическую составляющую (пропорциональную второй производной по времени от данного изменения), которая уравновешивает собой сам факт изменения, вызывая процессы, направленные на сдерживание данного изменения. В случае с индуктивностью, при замыкании цепи возникает движение (изменение) электрического заряда q, что порождает силу инерции Е, которая тормозит движение заряда.

Частным случаем этого принципа является общеизвестный в физике принцип Ленца: любое изменение магнитного поля вызывает в проводящей среде вихревые токи (токи Фуко), которые своим магнитным полем препятствуют причине, их вызывающей. Вообще, любое проявление инерционности в природе (в том числе и массивности физических тел) есть следствие принципа Ле Шателье-Брауна. В электромагнитных явлениях мы достаточно хорошо представляем себе механику действия этого принципа, в других случаях механизмы нам бывают неизвестны, но, тем не менее, этот принцип работает всегда.

Все сказанное дает возможность сформулировать еще один наиболее фундаментальный закон, который лежит, по-видимому, в основе действия принципа Ле Шателье-Брауна и носит название принципа единства Вселенной: во Вселенной все взаимосвязано, любое явление влияет на весь мир и само испытывает влияние от всех явлений Вселенной.

Все объекты Вселенной в определенном аспекте не имеют свойства конечности и одновременно заполняют собой всю Вселенную, то есть взаимопогружены друг в друга. Подтверждением этому является квантово-механическая модель элементарных частиц, заполняющих собой всю Вселенную в виде «облаков вероятностей». Поэтому любое изменение, происшедшее в одном конце Вселенной, отражается на всех других явлениях, как бы далеко они не отстояли от данного события в пространственно-временном континууме Вселенной.

В этом и состоит основа холизма Вселенной, то есть ее целостность. Это приводит к тому, что некоторые проявления Вселенной невозможно разложить на составляющие. Их можно объяснить только как результат воздействия на конкретные явления всей Вселенной как единого целого. Если этому воздействию подвергается человек, то есть мыслящее существо, то у него может возникнуть ощущение общения с высшей сущностью - Богом. Это ощущение усиливается, когда человек убеждается, что целостный фактор Вселенной обладает качеством, аналогичным человеческому разуму. Это происходит благодаря господству во Вселенной принципа оптимальности, который является прямым следствием принципа единства Вселенной и принципа дополнительности. Именно эволюция форм проявления принципа оптимальности породила в конечном итоге человеческий разум. Вселенной же в целом он присущ изначально.

studfiles.net

Научная работа - Единство химического состава тел Вселенной и Земли

Все многочисленные тела как живой, так и неживой природы состоят из мельчайших материальных частичек-атомов различных химических элементов. Число этих химических элементов и их единство определяются великим законом природы — периодическим законом Д. И. Менделеева. Но возникает ещё вопрос, требующий ответа. Из какого вещества, из каких элементов состоят небесные тела, звёзды и планеты? Справедлив ли закон Менделеева и для Вселенной? Да, справедлив.

Уже издавна люди наблюдали падение на землю «небесных камней» — метеоритов. В прежние времена таким камням нередко даже поклонялись, как «посланцам богов». В настоящее время мы знаем, что метеориты — это обломки других небесных тел Вселенной.

Естественно, что очень интересно выяснить, из каких химических элементов состоят «небесные камни». Многочисленные анализы метеоритов, как каменных, так и железных, показали, что осколки вещества, попадающие к нам из глубин Вселенной, состоят из тех же химических элементов, которые объединяет таблица Менделеева. Ни одного нового, неизвестного на земле элемента в составе метеоритов нет. Определён теперь и состав раскалённых небесных тел — солнца и звёзд. Об этом человеку рассказали лучи света, приходящие на Землю от далёких звёзд.

В середине прошлого века философ О. Конт, пытаясь доказать, что наше познание природы ограничено, приводил такой пример: человек никогда не узнает, из чего состоят звёзды и солнце, какова температура этих небесных тел и т. д. Ведь солнце и звёзды — это раскалённые небесные тела. Если даже предположить, что в отдалённом будущем люди построят межпланетные летательные аппараты, они всё равно не смогут приблизиться к поверхности солнца и звёзд, так как температура этих небесных тел очень высока. Наука опровергла ложные доводы этого философа. Всего несколько лет спустя после этого высказывания Конта был открыт новый плодотворный способ исследования небесных тел — спектральный анализ.

Сущность этого способа, коротко говоря, состоит в следующем: белый свет, который мы наблюдаем в жизни, при определённых условиях разлагается на цветные лучи. В этом можно убедиться при помощи очень простого опыта. Поставьте на пути луча света кусок стекла, имеющий вид клина, так называемую трёхгранную призму. Проходя через такую призму, свет меняет своё прямолинейное направление или, как говорят, преломляется в ней и одновременно разлагается на составляющие его цветные лучи. Образуется так называемый спектр цветных лучей. В спектре принято выделять семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый, переходящие друг в друга. Объясняется это явление тем, что лучи разных цветов по-разному преломляются в трёхгранном куске стекла — менее других отклоняются в призме красные лучи, более всех других лучей — фиолетовые.

Изучая спектры света от различных источников, учёные обнаружили одну замечательную их особенность. Свет, который исходит от раскалённых твёрдых и жидких тел, даёт всегда сплошной спектр, т. е. цветные лучи-полоски следуют в нём друг за другом и всегда в одном и том же порядке.

Совсем иной спектр получается, если свет испускают раскалённые пары какого-либо вещества. Этот спектр состоит из тонких цветных линий, разделённых тёмными полосками. Такой спектр называется линейчатым.

И вот оказывается, что каждый химический элемент имеет свой, отличный от других линейчатый спектр. Например, раскалённые пары натрия дают спектр, состоящий из двойной жёлтой линии; в спектре паров элемента лития имеются характерные — одна красная и одна оранжевая—линии; раскалённые пары калия показывают две характерные линии — красную и фиолетовую и т.д.

Открытие этой замечательной особенности — способности веществ давать свой, отличный от других спектр излучения, когда они находятся в состоянии раскалённых газов, и явилось основой необычайно чувствительного спектрального анализа*). С помощью этого способа исследования в первые же годы его применения было крыто несколько новых, ранее неизвестных химических элементов (в том числе упомянутый ранее галлий). Содержание этих элементов в земле очень рассеяно, поэтому ранее они ускользали от внимания исследователя. Способ спектрального исследования тел природы позволил обнаруживать миллионные и миллиардные доли грамма вещества.

Каждое новое простое тело давало о себе знать новым сочетанием цветных линий в спектре, новым линейчатым спектром. Спектральное исследование лучей света, идущих от небесных тел, и позволило определить, из каких элементов состоят звёзды.

Ещё до открытия линейчатых спектров было замечено, что спектр солнечных лучей, который долгое время считали сплошным, на самом деле не сплошной, а пересекается множеством тонких тёмных линий.

Разгадка этих линий была найдена после открытия спектрального анализа. Оказывается, тёмные линии образуются в спектре потому, что свет на своём пути проходит через несветящиеся пары некоторых элементов. Так, например, если свет проходит через охлаждённые пары калия, то в сплошном спектре, в местах, где располагаются цветные линии этого элемента—красная и фиолетовая, — появятся соответственно две тёмные линии. Такие спектры, состоящие из тёмных линий на фоне цветных полос, называют спектрами поглощения. Спектры поглощения и помогли узнать состав небесных тел.

Изучение спектра поглощения солнечных лучей показало, что солнечный свет проходит на своём пути через более холодные пары очень многих химических элементов — железа, водорода, гелия, натрия, кальция, кремния и других.

Где же находятся эти пары? Дать на него ответ не представляло трудности. Известно, что в атмосфере Земли нет паров всех тех элементов, о которых говорит солнечный свет. Не могут эти элементы находиться также в межзвёздном пространстве, и вот по какой причине. Спектры поглощения света, идущего от разных звёзд, различны. Значит, свет разных звёзд встречает на своём пути к Земле разные химические элементы (в виде охлаждённых, несветящихся паров). Отсюда ясно, что все те химические элементы, о которых говорят солнечный свет и свет звёзд, находятся в виде паров у самого Солнца, у самой звезды в их внешних, более холодных слоях. Обнаруженные исследованием элементы должны, следовательно, входить в состав этих небесных тел.

Изучение спектров солнечного света показало, что на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там много и других химических элементов (кислород, кальций, железо, магний, натрий и др.), но все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с водородом. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Но на разных небесных телах вещество может находиться в самых различных состояньях.

Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно разреженное облако легких частичек, главным образом частичек электричества — электронов, выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в разных направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их так же велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней части короны к ним примешаны и частички пыли, которая носится в межпланетном пространстве.

Астрономы много сделали для изучения различных явлений на Солнце, в особенности во время полных солнечных затмении. Ведь те несколько минут, в течение которых происходит полное солнечное затмение, являются лучшим временем для наблюдения солнечной короны, хромосферы, протуберанцев и многих других явлений, происходящих на Солнце.

Изучение спектров небесных тел с неопровержимой убедительностью доказало материальное единство Вселенной. Многочисленные спектры Солнца, звёзд, туманностей показали, что ни на одном из небесных тел нет таких элементов, которые были бы неизвестны нам, жителям Земли, нет элементов, которые не входят в периодическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Так, в настоящее время на Солнце найдено уже более 60 химических элементов и все они известны нам по таблице Менделеева.

Состав нейтронных звёзд

Нейтронные звезды – это одни из наиболее интересных небесных тел в космосе. Несмотря на крайне малый размер (не более 20км в диаметре) они обладают невероятно высокой плотностью. Вследствие этого, щепотка вещества с этой звезды будет весить более 500 млн. тонн. Из-за гравитации электроны вдавливаются в протоны, переходя в нейтроны, что и послужило названием для этих звезд.

Исследуя нейтронные звезды, физики-теоретики разработали модели поведения материи в условиях высокой плотности. Итогом стала гипотеза о существовании сверхтекучей жидкости. Подобная жидкость создавалась в лабораторных условиях. Отличительными свойствами является способность течь вверх и утекать из герметично закрытых контейнеров.

Нейтронные звезды образуются в результате взрыва сверхновых и представляют собой конечный этап жизни светила. Они состоят из нейтронной сердцевины и тонкой коры вырожденного вещества с преобладанием ядер железа и никеля. Размер таких небесных тел очень мал — около 20-30 километров в диаметре. Зато плотность чрезвычайно высока.

Когда были обнаружены нейтронные звезды, ученые предположили, что материя, из которой состоят их ядра, может переходить в сверхтекучее состояние — при этом ее вязкость становится равной нулю и отсутствие трения позволяет веществу, к примеру, с легкостью просачиваться через узкие отверстия… Под воздействием высоких давлений и температур происходят процессы образования нейтрино, способствующих охлаждению звезды. Одним из свойств таких объектов является изменение их температуры и магнитного поля. Однако до недавних пор все эти предположения существовали лишь в теории и не подтверждались фактическими доказательствами.

В земных лабораториях сверхпроводимость теряет свою силу при температурах свыше 100-200С ниже нуля. Но, при высоком давлении внутри нейтронной звезды, свойства сохраняются при миллиарде градусов. Для того чтобы получить сверхтекучую жидкость, гелий охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. Но, в нейтронных звездах она может появляться при миллиарде градусов, вследствие того, что частицы при такой температуре влияют друг на друга с помощью мощного ядерного взаимодействия. В результате, кварки удерживаются внутри частиц, а нейтроны и протоны остаются внутри атомного ядра. Достаточно долго ученые не могли определить значение критической температуры, но теперь она известна и составляет от 500 миллионов до миллиарда градусов Цельсия.

Итак, ядро нейтронной звезды состоит из сверхтекучей нейтронной жидкости, вырожденных протонов и сверхпроводящих протонов, а верхний слой из твердой коры железа. Изначально температура составляет около миллиарда градусов, но звезда достаточно быстро остывает, теряя свою светимость. Но, они достаточно сильно излучают радиоволны в направлении магнитной оси.

Недавно астрофизики обратили внимание на то, что звезда Кассиопея А быстро охлаждается. Ученые смогли определить параметры падения температуры, однако у них не хватало данных наблюдений, чтобы уточнить, при какой температуре происходит переход в жидкую форму. Позже выяснилось что с 1999 года, когда была обнаружена Кассиопея А, ее температура снизилась на 4%.

Химический состав

«По химическому составу звезды, как правило, представляют собой водородные и гелиевые плазмы. Остальные элементы присутствуют в виде сравнительно незначительных «загрязнений». Средний химический состав наружных слоев звезды выглядит примерно следующим образом. На 10 тыс. атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, один атом углерода, 0.3 атома железа. Существуют звезды, имеющие повышенное содержание того или иного элемента. Так, известны звезды с по повышенным содержанием кремния (кремниевые звезды), звезды, в которых много железа (железные звезды), марганца (марганцевые), углерода (углеродные) и т. п. Звезды с аномальным составом элементов довольно разнообразны. В молодых звездах типа красных гигантов обнаружено повышенное содержание тяжелых элементов. В одной из них найдено повышенное содержание молибдена, в 26 раз превышающее его содержание в Солнце. Вообще говоря, содержание элементов, атомы которых имеют массу, большую массы атома гелия, постепенно уменьшается по мере старения звезды. Вместе с тем, химический состав звезды зависит и от местонахождения звезды в галактике. В старых звездах сферической части галактики содержится немного атомов тяжелых элементов, а в той части, которая образует своеобразные периферические спиральные « рукава » галактики, и в ее плоской части имеются звезды, относительно богатые тяжелыми элементами. Именно в этих частях и возникают новые звезды. Поэтому можно связать наличие тяжелых элементов с особенностями химической эволюции, характеризующей жизнь звезды. Очень интересны углеродные звезды. Это звезды относительно холодные — гиганты и сверхгиганты. Их поверхностные температуры лежат обычно в пределах 2500 — 6000С. При температурах выше 3500С при равных количествах кислорода и углерода в атмосфере большая часть этих элементов существует в форме оксида углерода CO. Некоторые типы звезд характеризуются повышенным содержанием металлов, расположенных в одном столбце периодической системы с цирконием; в этих звездах имеется неустойчивый элемент технеций 4399Тс. Ядра технеция могли образоваться из 98Мо в результате захвата нейтрона с выбрасыванием электрона из ядра молибдена или при фотопроцессе из 97Мо. Во всяком случае наличие нестабильного ядра — убедительное доказательство развития ядерных реакций в звездах».

Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы

Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается космогония. Полного и исчерпывающего ответа на этот вопрос наука не дает. Пока нет возможности проверить выводы современных теорий применительно к какой-либо другой планетной системы. Рассмотрим наиболее известные космогонические гипотезы.

Гипотеза Канта-Лапласа. Кант предположил, что Солнечная система образовалась из космического облака, или «хаоса». Формируясь из сгущений, возникших в первичной туманности, планеты отдалялись от нее и от Солнца центробежными силами. Интересно, что Кант изложил эти идеи в трактате, посвященном доказательству бытия Божия. По мнению Канта «Бог вложил в силы природы тайное искусство самостоятельно развиваться из хаоса в совершенное мироздание». У Канта, таким образом, образование планет происходило из холодного газопылевого облака.

Идею Канта поддержал Лаплас, однако, согласно его гипотезе планеты образовались в результате отделения от раскаленного протосолнца газовых колец, их охлаждения и конденсации. Кольца разделялись на несколько масс, образовавших затем разные планеты.

Эта гипотеза получила название небулярной (от лат. nebula – туманность) гипотезы Канта-Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной (лат. rotatio – вращение).

Гипотеза Джинса. Гипотеза Канта-Лапласа не могла объяснить также и тот факт, что момент количества движения (кинетический момент) планет приблизительно в 29 раз больше момента количества движения Солнца, а это противоречит закону сохранения кинетического момента. Для разрешения этого противоречия появились так называемые «катастрофические гипотезы», к которым относится гипотеза Джинса. Согласно ей некая звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала мощные приливы на нем, принявшие форму газовых струй, из которых впоследствии образовались планеты. Из этой гипотезы следовал вывод об уникальности Солнечной системы.

Гипотеза О.Ю. Шмидта. Советский ученый О.Ю. Шмидт (1891-1956) предположил, что Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, могло захватить материю, обладающую достаточным моментом количества движения. Расчеты Шмидта, в частности, показали, что начальный период обращения Солнца был очень большим, а затем должен был уменьшиться до 20 суток. В действительности он равен 25 суткам, и такое совпадение считается хорошим.

Ожидается, что новый свет на загадку образования Солнечной системы прольют дальнейшие исследования планет земной группы и планет-гигантов с помощью автоматических космических станций.

Первые космогонические гипотезы

Эти гипотезы появились значительно раньше, чем стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Значение пер­вых космогонических гипотез состояло прежде всего в том, что они пытались объяснить происхождение небесных тел как результат естественного процесса, а не одновременного акта божественного творения. Кроме этого, некоторые ранние гипотезы содержали правильные идеи о происхождении небесных тел. Такой, например, оказалась гипотеза, предложенная немецким философом И. Кантом в середине XVIII в. Кант высказал догадку о том, что Солнечная система образовалась из облака пыли.

Подробнее картина образования Солнечной системы вырисовывалась в гипотезе, предложенной в конце XVIII в. французским ученым П. Лапласом. Лаплас рассматривал большую, медленно вращающуюся туманность, состоящую из разреженного горячего газа. При сжатии туманности скорость ее вращения возрастала, туманность сплющивалась. Из ее центральной части образовалось Солнце. По мере сжатия первичного Солнца угловая скорость его вращения вокруг оси увеличивалась (в силу закона сохранения момента количества движения) и в плоскости экватора Солнца стали отделяться газовые кольца. Из концентрической системы этих колец возникли планеты.

Картина получалась настолько наглядной, что очень долгое время гипотеза Лапласа была самой популярной. Однако в XX в. от гипотезы Лапласа пришлось отказаться, так как выяснилось, что она не может объяснить, например, распределение момента количества движения в Солнечной системе.

Современные представления о происхождении планет

На первый взгляд может показаться, что по сравнению с грандиозными проблемами космологии и звездной космогонии проблема происхождения Солнечной системы не очень трудна. На самом деле это не так. Проблема происхождения планет — очень сложная и далеко еще не решенная проблема, во многом зависящая от развития не только астрономии, но и многих других естественных наук (прежде всего наук о Земле). Дело в том, что пока можно исследовать только единственную планетную систему, окружающую наше Солнце. Как выглядят более молодые и более старые системы, вероятно, существующие вокруг других звезд, неизвестно. Чтобы правильно объяснить происхождение планет, необходимо также знать, как образовались Солнце и другие звезды, потому что планетные системы возникают вокруг звезд в результате закономерных процессов развития материи. И все-таки, несмотря на трудности, ученые убеждены в том, что правильное объяснение будет найдено. Знать, как произошла наша планета, очень важно для дальнейшего развития геофизики, геохимии, геологии и других наук о Земле.

Проблемами планетной космогонии в настоящее время занимаются ученые разных стран.В формирование современной планетной космогонии значительный вклад внесли отечественные ученые. Так, например, на протяжении полувека проблемами планетной космогонии занимался академик В. Г. Фесенков (1889—1972), всегда подчеркивавший, что должна существовать тесная связь между процессом формирования Солнца и процессом формирования планет. В начале 40-х гг. с космогонической гипотезой выступил академикО. Ю. Шмидт (1891—1956).

Наиболее важные выводы планетной космогонии сводятся к следующему:

а) Планеты сформировались в результате объединения твердых (холодных) тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда-то окружала Солнце. Эту туманность часто называют «допланетным» или «протопланетным» облаком. Считается, что Солнце и протопланетное облако сформировались одновременно в едином процессе, хотя пока неясно, как произошло отделение части туманности, из которой возникли планеты, от «протосолнца».

Важнейшие этапы формирования планет

б) Формирование планет происходило под воздействием различных физических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие (уплощение) вращающейся туманности, ее удаление от протосолнца», столкновение частиц, их укрупнение и т. д. Изменялась температура вещества туманности и состояние, в котором находилось вещество. Замедление вращения будущего Солнца могло быть обусловлено магнитным полем, связывающим туманность с «протосолнцем». Взаимодействие солнечного излучения с веществом протопланетного облака привело к тому, что наиболее легкие и многочисленные частицы оказались вдали от Солнца (там, где сейчас планеты-гиганты). Теория, учитывающая все эти процессы, позволяет объяснить многие закономерности в Солнечной системе.

в) Спутники планет (а значит, и наша Луна) возникли, по-видимому, из роя частиц, окружающих планеты, т. е. в конечном итоге тоже из вещества протопланетной туманности. Пояс астероидов возник там, где притяжение Юпитера препятствовало формированию крупной планеты.

Таким образом, основная идея современной планетной космогонии сводится к тому, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

Земля как планета в основном сформировалась за время порядка 100 млн. лет и вначале тоже была холодной. Последующий разогрев Земли происходил в результате ударов крупных тел (размером с астероиды), гравитационного сжатия, распада радиоактивных элементов и некоторых других физических процессов. Постепенно в процессе гравитационной дифференциации вещества (т. е. в процессе разделения вещества, состоящего из тяжелых и легких химических элементов) в центре Земли сосредоточивались тяжелые химические элементы (железо, никель и др.), из которых образовалось ядро нашей планеты. Из более легких химических элементов и их соединений возникла мантия Земли.

Кремний и другие химические элементы стали основой формирования континентов, а самые легкие химические соединения образовали океаны и атмосферу Земли. В земной атмосфере первоначально было много водорода, гелия и таких водородсодержащих соединений, как метан, аммиак, водяной пар. Со временем водород и гелий улетучились, а с появлением растений, способных «выдыхать» кислород, земная атмосфера начала обогащаться кислородом, наличие которого представляет одно из необходимых условий существования животного мира.

www.ronl.ru

Единство мира — Закон Природы |

Вселенная

"Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого" (Эрнест Мах)

С момента формирования Вселенной материя, по утверждениям астрофизиков, начала со временем концентрироваться в упорядоченные галактические структуры. В рамках концепции горячей Вселенной, то есть с момента "Большого Взрыва", ее начальным состоянием была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи и энергии.

Конкретные свойства точки сингулярности ученым неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярности. Некоторые современные ученые, такие как Дэвид Бом и Стивен Хоукинг выдвинули гипотезу, что точка сингулярности отсутствовала и Вселенная образовалась из пустоты, то есть из ничего.

Созвучна их предположениям и инфляционная модель зарождения Вселенной, развитая в последние десятилетия в работах ряда ученых, например, А.Гута и А. Линде, как попытка разрешения, в частности, и проблемы сингулярности. Согласно этой модели Вселенная взрывообразно стала развиваться из физического вакуума, то есть, по сути, из пустоты. В первую триллионную долю секунды загадочная антигравитационная сила вынудила Вселенную расширяться со скоростью, намного превышающей скорость света.

При этом противоречия с теорией относительности в такой модели нет, коль скоро расширялось пустое пространство. Сама по себе антигравитация не должна восприниматься как нечто чудесное, так как в рамках общей теории относительности Эйнштейна источником гравитационного поля является не только вещество, но и давление (поток импульса).

Нет физического закона, который бы запрещал иметь отрицательное давление. Более того, современная физика элементарных частиц предполагает существование скалярных полей, одной из особенностей которых является реализация отрицательного давления.

Итак, благодаря инфляции, изначально однородная область физического вакуума за ничтожную долю секунды возросла более чем в 10 в тридцать пятой степени раз и достигла размера не менее 100 см в поперечнике.

Квантовые флуктуации в ходе инфляции создали участки неоднородности, способствовавшие рождению и объединению материи, а также формированию в течение миллиарда лет галактических структур в соответствие с моделью горячей Вселенной. Процесс расширения продолжается и сегодня.

Представленная модель зарождения Вселенной признается сегодня многими космологами, как наиболее приемлемая. Однако эта модель не является бесспорной и может рассматриваться лишь в рамках рабочей гипотезы. В связи с этим астроном Дэвид Дарлинг предостерегает: “ не позволяйте толкователям космологии одурачить вас. У них тоже нет ответов на многие базовые вопросы – хотя они хорошенько поработали над тем, чтобы убедить всех, и себя в том числе, в том, что им все ясно...

На самом же деле объяснение того, как и откуда все началось – до сих пор серьезная проблема. Не помогает даже обращение к квантовой механике. Либо не существовало ничего, с чего все могло бы начаться – ни квантового вакуума, ни прегеометрической пыли, ни времени, в котором могло происходить что-либо, ни каких бы то ни было физических законов, в соответствии с которыми ничто могло превратиться в нечто. Либо же существовало нечто, и в этом случае оно требует объяснения”

Действительно, первый закон термодинамики гласит: нельзя получить что-либо из ничего. То же самое касается и порядка из взрыва? Согласно второму закону термодинамики порядок, наблюдаемый как во всей Вселенной, так и в нашей Солнечной системе, не может быть следствием лишь взрыва. Взрыв не ведет к порядку. Для того чтобы получить некий порядок, необходимо введение не только энергии, но и информации.

По-видимому прав был известный астроном Фред Хойл, когда писал:” Картина Вселенной, образования галактик и звезд, по крайней мере как она предстает в астрономии, удивительно нечетка, как пейзаж, видимый в тумане... Очевидно, что в изучении космологии упущен один компонент – тот, что предполагает наличие информации“

Однако ученым потребовалось затратить огромные интеллектуальные и материальные ресурсы, чтобы прийти к удивительному выводу о "рождении" мира из "ничего". Любопытно, что научный мир с этой гипотезой задержался почти на 500 лет. Процесс сотворения Вселенной был подробно описан великим Ари еще в 16 веке в книге "Древо жизни".

Он в частности писал, что …до начала образования Вселенной был лишь Высший, все собой заполняющий, однородный свет, у которого не было ни границы и ни времени. Для создания Вселенной свет равномерным сжатием вокруг некоторой точки сократил себя и образовал пустое пространство в форме круга.

Затем из малой искры прямого луча, протянувшегося от бесконечного света внутрь созданного пустого пространства, в центре зияющей пустоты был сотворен наш материальный мир...

Можно предположить, что Ари здесь говорит о поле информации, поле Разума, называемом полем света, из малой порции которого образовалась плоская Вселенная ( в плоскости круга), то есть окружающий нас материальный мир. Скорее всего, Фред Хойл именно этот компонент имел в виду.

Как видим, современная физика с использованием инфляционной модели рождения Вселенной очень близко подошла к модели Ари, за исключением начального (нулевого) момента, о котором у ученых нет приемлемых гипотез.

Но, несмотря на все нестыковки, сегодня принято считать, что 13.7 миллиардов лет назад, в момент рождения, вся Вселенная была заключена в точке радиусом 10 в минус тридцать третьей степени см, что неизмеримо меньше радиуса протона, равного 10 в минус тринадцатой степени см. В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной. Лишь 3-5% Вселенной - привычная материя из барионов (протоны, нейтроны, электроны и кванты света).

На 70% Вселенная состоит из вещества с положительной плотностью энергии и отрицательным давлением. Это вещество называют "темной энергией". Еще на 25% Вселенная - частицы неизвестной природы, которые не открыты, то есть "темная материя".

Многие космологи убеждены, что наблюдаемая часть сформировавшейся структуры Вселенной является в большом масштабе пространственно однородной и плоской. Они говорят, что множество галактик и их скоплений формируют ячеистую структуру Вселенной по типу пчелиных сотов. Так, например, астроном X. Альвен пишет, что космическое пространство обладает ячеистой структурой.

Сами ячейки, видимо, имеют характерный размер в десятки мегапарсек (мегапарсек – астрофизическая единица расстояния, немного более 3 миллионов световых лет, а световой год равен примерно 103 млрд. км). Они занимают до 50% объема Вселенной и не содержат вещества, которое бы испускало электромагнитное излучение.

Стенки же между ячейками, сформированы, видимо, как самими галактиками, так и звездными, газовыми и пылевыми перемычками между галактиками, или их скоплениями. Толщина стенок насчитывает несколько мегапарсек. Галактики, например Млечный Путь, — гравитационно-связанные системы из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс.

Кстати, эффект ячеистого структурирования был открыт российскими учеными и при исследовании геолого-геофизического строения Земли, а также биологических объектов. Так, по мнению ученого Н. Гончарова, тепловая и гравитационная конвекция делит всю земную кору на 60 конвективных ячеек. Более того, как предполагают геологи, подобная ячеистая структура присуща Марсу, Венере, Луне, Солнцу и вообще всем объектам космоса.

Что же касается биологических объектов, то, например, колонии одноклеточных водорослей в аквариуме иногда выстраиваются в ячеистую структуру, подобную пространственному распределению метагалактик.

В качестве наглядного примера образования конвективных ячеек можно привести случай структурирования слоя масла на нагретой сковородке. Хозяйки наверняка замечали, что при достаточно высокой температуре тонкий слой нагретого масла на сковороде преображается: вся поверхность разбивается на правильные шестигранные или цилиндрические ячейки.

Структура на сковороде становится очень похожей на пчелиные соты. То есть одни и те же закономерности проявляються в самых разных природных явлениях: в формировании всей Вселенной, отдельных её элементов, а также в биологических объектах, что явно свидетельствует о единстве законов мироздания.

Если из космоса спуститься на Землю, то можно проследить закономерности объединения и в образовании окружающих нас материальных структур. Так все твердые структуры неживой природы имеют кристаллическую решетку, в узлах которой располагаются атомы, сформированные из микрочастиц.

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. По величине протоны чуть больше нейтронов. При этом вес протона должен быть именно такой, какой он есть.

В противном случае даже превышение веса на 0.2 % приведет к распаду протона на нейтрон, позитрон и нейтрино. Поскольку в ядре атома водорода лишь один протон, то в результате его распада существование органических молекул, воды и звезд было бы невозможно, а следовательно и наша жизнь тоже.

Сами атомы расположены на огромных, по сравнению с их собственными размерами, расстояниях. В свою очередь и они сами состоят практически из пустого пространства. Атомное ядро занимает всего лишь одну триллионную часть всего объема атома. Остальное пространство атома занято электронным облаком, про носителей которого можно сказать, что они занимают какой-то объем чисто условно.

Таким образом, вещественная материя и в атоме, и во Вселенной занимает незначительную часть общего объема. Вот что сказал по этому поводу лауреат Нобелевской премии по физике, астрофизик Джон Мазер:

"Звезды находятся на очень большом расстоянии друг от друга, атомы тоже практически пусты. Расчеты показывают, что вся современная Вселенная вполне способна уместиться в небольшом объеме первичной материи".

То есть материя представляет собой скорее крохотные островки субстанции в океане пустоты, нежели твердое вещество, воспринимаемое нашими органами чувств. Да и природа этих островков - элементарных частиц выходит за рамки обыденного здравого смысла. По современным представлениям их следует рассматривать в качестве эфемерных сгустков энергии, которые удивительным образом одновременно сочетают в себе корпускулярные и волновые свойства.

Само понятие волны или колебания носит в физике абстрактный характер. Это лишь некоторое "движение материи". Даже при температуре абсолютного нуля атомы в телах не прекращают своих колебательных движений.

Следовательно, наша Вселенная "соткана как единое динамическое полотно" из силовых физических полей неразрывно связанных друг с другом. На сегодня физики достаточно подробно описали лишь электромагнитное поле, поле ядерных сил (сильных взаимодействий) и поле слабых взаимодействий. О гравитационном поле известно только его присутствие и действие на нас, без понимания физики.

О других полях, таких, например, как поле "темной энергии" и прочих есть лишь предположения.

Высказывается гипотеза, что поле "темной энергии" – это поле информации. Однако сегодня пока не ясно, каким образом информация переходит в энергию. Тем не менее, у науки нет сомнений в том, что скрепляющим раствором для Вселенной являются в частности названные силовые поля, объединяющие все её элементы в удивительно целостную, единую структуру.

Четырем известным силовым взаимодействиям соответствуют четыре фундаментальные численные величины, именуемые универсальными мировыми константами.

Любопытно, что физика и космология уже вплотную приблизились к признанию того, что материальные макроскопические тела неразрывно связаны названными мировыми константами (силовыми взаимодействиями) со своим окружением. Их свойства могут восприниматься лишь в терминах взаимосвязи с окружающим миром.

В соответствии с принципом Маха, "взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную в целом, включая наиболее удаленные звезды и галактики. Это неразрывное единство мироздания проявляется как в мире бесконечно малого, так и в мире сверхбольшого".

По словам Фреда Хойла, "современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной, и, если бы эти части каким-то чудесным образом были изъяты из нашего мира, то все наши представления о пространстве и геометрии моментально утратили бы свой смысл.

Наши повседневные впечатления до самых мельчайших деталей настолько тесно связаны с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже представить себе, что одно может быть отделено от другого".

Действительно, наш мир очень "чувствителен" к значениям указанных выше четырех мировых констант, поскольку все основные особенности реального мира (размеры ядер, атомов, планет, звезд и т. д.) напрямую зависят от их величин. Само существование мира обусловлено выполнением очень жестких соотношений между ними.

Ничтожные, с человеческой точки зрения, отклонения от наблюдаемой удивительно сложной и невероятно точной числовой соразмеренности значений мировых констант привели бы к фатальным последствиям для существующей Вселенной. Ее природа была бы такова, что в ней невозможна была бы жизнь. (читатели, мало знакомые с удивительной сбалансированностью Вселенной и приспособленностью Солнечной системы для нашей жизни найдут подробные сведения в статье С. Белицкого "Пепел потухших звезд").

Следовательно, Вселенную нельзя себе представить, состоящей из некоторых первичных “кирпичиков”, которые могут существовать отдельно и независимо друг от друга.

По этому поводу принстонский физик и коллега Эйнштейна, Дэвид Бом сказал: "Вселенная со всеми своими элементами, включая нас самих, в действительности является гигантской целостной системой, в которой все взаимозависимо, что далеко не всегда очевидно. Все, что доступно осязанию и существует в мире обособленно — скалы, океаны, леса, животные и люди, — представляет собой видимый уровень мироздания.

Однако все эти вещи и явления только кажутся обособленными, в действительности же они связаны между собой на глубинном уровне высшей целостности — скрытого порядка, который просто не доступен нашим органам восприятия. Мир подобен гигантской космической голограмме".

В голограмме любая часть объекта содержит весь объект в уменьшенном виде. С точки зрения Бома, все, что мы можем наблюдать в окружающем мире, — это проекции чего-то гораздо более реального, происходящего на глубинном уровне мироздания в области скрытого и подлинного бытия.

Согласно такому подходу, "как вверху, так и внизу", "как внутри, так и вовне". Иными словами, любая система состоит из систем меньшего масштаба, по сути, ей идентичных.

Удачный пример голограммы — элегантная простота человеческого тела. Из какой бы его части мы ни взяли молекулу ДНК — из волоса, пальца руки или из капли крови, она будет содержать генетический код всего организма. В ней всегда и в неизменном виде обнаруживается генетическая модель всего человека.

Видимо прав был отец квантовой теории Макс Планк, шокировавший в 1944 году ученый мир заявлением о том, что "существует некая "матрица", в которой берут свое начало новые звезды, ДНК и даже сама жизнь". При этом все они соответствуют единому скрытому порядку - порядку целостности и единства. Другими словами, существует некий Высший (относительно нашего уровня понимания) закон природы, являющийся более общим для всего нашего мироздания.

Вот что сказал об этом Грэгг Брейден: "недавние исследования с очевидностью подтверждают, что матрица Макса Планка действительно существует. Чтобы подключиться к ее силе, мы должны понимать, как она устроена, и научиться говорить на понятном ей языке".

24.11.2011 Юрий Ядыкин

http://kabmir.com/nauka/edinstvo_mira_zakon_prirody.html

Если понравилась статья - поделитесь с друзьями:

Интересная статья? Поделитесь ею пожалуйста с другими:

Похожие записи:

5dreal.com

Единство мира — Закон Природы

Вселенная

«Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого» (Эрнест Мах)

С момента формирования Вселенной материя, по утверждениям астрофизиков, начала со временем концентрироваться в упорядоченные галактические структуры. В рамках концепции горячей Вселенной, то есть с момента «Большого Взрыва»,  ее начальным состоянием была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи и энергии. Конкретные свойства точки сингулярности ученым неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярности. Некоторые современные ученые, такие как Дэвид Бом и Стивен Хоукинг выдвинули гипотезу, что точка сингулярности отсутствовала и Вселенная образовалась из пустоты, то есть из ничего. 

Созвучна их предположениям и инфляционная модель зарождения Вселенной,  развитая в последние десятилетия в работах ряда ученых, например, А.Гута и А. Линде, как попытка разрешения, в частности, и проблемы сингулярности. Согласно этой модели Вселенная взрывообразно стала развиваться из физического вакуума, то есть, по сути, из пустоты. В первую триллионную долю секунды загадочная антигравитационная сила вынудила Вселенную расширяться со скоростью, намного превышающей скорость света. При этом противоречия с теорией относительности в такой модели нет, коль скоро расширялось пустое пространство. Сама по себе антигравитация не должна восприниматься как нечто чудесное, так как в рамках общей теории относительности Эйнштейна источником гравитационного поля является не только вещество, но и давление (поток импульса). Нет физического закона, который бы запрещал иметь отрицательное давление. Более того, современная физика элементарных частиц предполагает существование скалярных полей, одной из особенностей  которых является реализация отрицательного давления.

Итак, благодаря инфляции, изначально однородная область физического вакуума за ничтожную долю секунды возросла более чем в 10 в тридцать пятой степени раз и достигла размера не менее 100 см в поперечнике. Квантовые флуктуации в ходе инфляции создали участки неоднородности, способствовавшие рождению и объединению материи, а также формированию в течение миллиарда лет галактических структур в соответствие с моделью горячей Вселенной. Процесс расширения продолжается и сегодня.

Представленная модель зарождения Вселенной признается сегодня многими космологами, как наиболее приемлемая. Однако эта модель не является бесспорной и может рассматриваться лишь в рамках рабочей гипотезы. В связи с этим астроном Дэвид Дарлинг предостерегает: “ не позволяйте толкователям космологии одурачить вас. У них тоже нет ответов на многие базовые вопросы – хотя они хорошенько поработали над тем, чтобы убедить всех, и себя в том числе, в том, что им все ясно… На самом же деле объяснение того, как и откуда все началось – до сих пор серьезная проблема. Не помогает даже обращение к квантовой механике. Либо не существовало ничего, с чего все могло бы начаться – ни квантового вакуума, ни прегеометрической пыли, ни времени, в котором могло происходить что-либо, ни каких бы то ни было физических законов, в соответствии с которыми ничто могло превратиться в нечто. Либо же существовало нечто, и в этом случае оно требует объяснения”

Действительно, первый закон термодинамики гласит: нельзя получить что-либо из ничего. То же самое касается и порядка из взрыва? Согласно второму закону термодинамики порядок, наблюдаемый как во всей Вселенной, так и в нашей Солнечной системе, не может быть следствием лишь взрыва. Взрыв не ведет к порядку. Для того чтобы получить некий порядок, необходимо введение не только энергии, но и информации. По-видимому прав был известный астроном Фред Хойл, когда писал:” Картина Вселенной, образования галактик и звезд, по крайней мере как она предстает в астрономии, удивительно нечетка, как пейзаж, видимый в тумане… Очевидно, что в изучении космологии упущен один компонент – тот, что предполагает наличие информации“ 

Однако ученым потребовалось затратить огромные интеллектуальные и материальные ресурсы, чтобы прийти к удивительному выводу о «рождении» мира из «ничего». Любопытно, что научный мир с этой гипотезой задержался почти на 500 лет. Процесс  сотворения Вселенной был подробно описан великим Ари еще в 16 веке в книге «Древо жизни». Он в частности писал, что …до начала образования Вселенной был лишь Высший, все собой заполняющий, однородный свет, у которого не было ни границы и ни времени. Для создания Вселенной свет равномерным сжатием вокруг некоторой точки сократил себя и образовал пустое пространство в форме круга. Затем из малой искры прямого луча, протянувшегося  от бесконечного света внутрь созданного пустого пространства, в центре зияющей пустоты был сотворен наш материальный мир…

Можно предположить, что Ари здесь говорит о поле информации, поле Разума, называемом полем света, из малой порции которого образовалась плоская Вселенная ( в плоскости круга), то есть окружающий нас материальный мир. Скорее всего, Фред Хойл именно этот компонент имел в виду. Как видим, современная физика с использованием инфляционной модели рождения Вселенной очень близко подошла к модели Ари, за исключением начального (нулевого) момента, о котором у ученых нет приемлемых гипотез. 

Но, несмотря на все нестыковки, сегодня принято считать, что 13.7 миллиардов лет назад, в момент рождения, вся Вселенная была заключена в точке радиусом 10 в минус  тридцать третьей степени см, что неизмеримо меньше радиуса протона, равного 10 в минус тринадцатой степени см.  В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной. Лишь 3-5% Вселенной — привычная материя из барионов (протоны, нейтроны, электроны и кванты света). На 70% Вселенная состоит из вещества с положительной плотностью энергии и отрицательным давлением. Это вещество называют «темной энергией». Еще на 25% Вселенная — частицы неизвестной природы, которые не открыты, то есть «темная материя».

Многие  космологи  убеждены, что наблюдаемая часть сформировавшейся структуры Вселенной является в большом масштабе пространственно однородной и плоской. Они говорят, что множество галактик и их скоплений формируют ячеистую структуру Вселенной по типу пчелиных сотов. Так, например, астроном X. Альвен пишет, что космическое пространство обладает ячеистой структурой. Сами ячейки, видимо, имеют характерный размер в десятки мегапарсек (мегапарсек – астрофизическая единица расстояния, немного более 3 миллионов световых лет, а световой год равен примерно 103 млрд. км). Они занимают до 50% объема Вселенной и не содержат вещества, которое бы испускало электромагнитное излучение. Стенки же между ячейками, сформированы, видимо, как самими галактиками, так и звездными, газовыми и пылевыми перемычками между галактиками, или их скоплениями. Толщина стенок насчитывает несколько мегапарсек. Галактики, например Млечный Путь, — гравитационно-связанные системы из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс. 

Кстати, эффект ячеистого структурирования был открыт российскими учеными и при исследовании геолого-геофизического строения Земли, а также биологических  объектов. Так, по мнению ученого Н. Гончарова, тепловая и гравитационная конвекция делит всю земную кору на 60 конвективных ячеек. Более того, как предполагают геологи, подобная ячеистая структура присуща Марсу, Венере, Луне, Солнцу и вообще всем объектам космоса. Что же касается биологических объектов, то, например, колонии одноклеточных водорослей в аквариуме иногда выстраиваются в ячеистую структуру, подобную пространственному распределению метагалактик. 

В качестве наглядного примера образования конвективных ячеек можно привести случай структурирования слоя масла на нагретой сковородке. Хозяйки наверняка замечали, что при достаточно высокой температуре тонкий слой нагретого масла на сковороде преображается: вся поверхность разбивается на правильные шестигранные или цилиндрические ячейки. Структура на сковороде становится очень похожей на пчелиные соты. То есть одни и те же закономерности проявляються в самых разных природных явлениях: в формировании всей Вселенной, отдельных её элементов, а также в биологических объектах, что явно свидетельствует о единстве законов мироздания.

Если из космоса спуститься на Землю, то можно проследить закономерности объединения и в образовании окружающих нас материальных структур. Так все твердые структуры неживой природы имеют кристаллическую решетку, в узлах которой располагаются атомы, сформированные из микрочастиц. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. По величине протоны чуть больше нейтронов. При этом вес протона должен быть именно такой, какой он есть. В противном случае даже превышение веса на 0.2 % приведет к распаду протона на нейтрон, позитрон и нейтрино. Поскольку в ядре атома водорода лишь один протон, то в результате его распада существование органических молекул, воды  и звезд было бы невозможно, а следовательно и наша жизнь тоже.

Сами атомы расположены на огромных, по сравнению с их собственными размерами, расстояниях. В свою очередь и они сами состоят практически из пустого пространства. Атомное ядро занимает всего лишь одну триллионную часть всего объема атома. Остальное пространство атома занято электронным облаком, про носителей которого можно сказать, что они занимают какой-то объем чисто условно. 

Таким образом, вещественная материя и в атоме, и во Вселенной занимает незначительную часть общего объема. Вот что сказал по этому поводу лауреат Нобелевской премии по физике, астрофизик Джон Мазер: «Звезды находятся на очень большом расстоянии друг от друга, атомы тоже практически пусты. Расчеты показывают, что вся современная Вселенная вполне способна уместиться в небольшом объеме первичной материи».

То есть материя представляет собой скорее крохотные островки субстанции в океане пустоты, нежели твердое вещество, воспринимаемое нашими органами чувств. Да и природа этих островков — элементарных частиц выходит за рамки обыденного здравого смысла. По современным представлениям их следует рассматривать в качестве эфемерных сгустков энергии, которые удивительным образом одновременно сочетают в себе корпускулярные и волновые свойства. Само понятие волны или колебания носит в физике абстрактный характер. Это лишь некоторое «движение материи». Даже при температуре абсолютного нуля атомы в телах не прекращают своих колебательных движений. 

Следовательно, наша Вселенная  «соткана как единое динамическое полотно» из силовых физических полей неразрывно связанных друг с другом. На сегодня физики достаточно подробно описали лишь электромагнитное поле, поле ядерных сил (сильных взаимодействий) и поле слабых взаимодействий. О гравитационном поле известно только его присутствие и действие на нас, без понимания физики. О других полях, таких, например, как поле «темной энергии» и прочих есть лишь предположения. Высказывается гипотеза, что поле «темной энергии» – это поле информации. Однако сегодня пока не ясно, каким образом информация переходит в энергию. Тем не менее, у науки нет сомнений в том, что скрепляющим раствором для Вселенной являются в частности названные силовые поля, объединяющие все её элементы в удивительно целостную, единую структуру. Четырем известным силовым взаимодействиям соответствуют четыре фундаментальные численные величины, именуемые универсальными мировыми константами. 

Любопытно, что физика и космология уже вплотную приблизились к признанию того, что материальные макроскопические тела неразрывно связаны названными мировыми константами (силовыми взаимодействиями) со своим окружением. Их свойства могут восприниматься лишь в терминах взаимосвязи с окружающим миром. В соответствии с принципом Маха, «взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную в целом, включая наиболее удаленные звезды и галактики. Это неразрывное единство мироздания проявляется как в мире бесконечно малого, так и в мире сверхбольшого». 

По словам Фреда Хойла, «современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной, и, если бы эти части каким-то чудесным образом были изъяты из нашего мира, то все наши представления о пространстве и геометрии моментально утратили бы свой смысл. Наши повседневные впечатления до самых мельчайших деталей настолько тесно связаны с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже представить себе, что одно может быть отделено от другого». 

Действительно, наш мир очень «чувствителен» к значениям указанных выше четырех мировых констант, поскольку все основные особенности реального мира (размеры ядер, атомов, планет, звезд и т. д.) напрямую зависят от их величин. Само существование мира обусловлено выполнением очень жестких соотношений между ними. Ничтожные, с человеческой точки зрения, отклонения от наблюдаемой удивительно сложной и невероятно точной числовой соразмеренности значений мировых констант привели бы к фатальным последствиям для существующей Вселенной. Ее природа была бы такова, что в ней невозможна была бы жизнь. (читатели, мало знакомые с удивительной сбалансированностью Вселенной и приспособленностью Солнечной системы для нашей жизни найдут подробные сведения в статье С. Белицкого «Пепел потухших звезд»).Следовательно, Вселенную нельзя себе представить, состоящей из некоторых первичных “кирпичиков”, которые могут существовать отдельно и независимо друг от друга.

По этому поводу принстонский физик и коллега Эйнштейна, Дэвид Бом сказал: «Вселенная со всеми своими элементами, включая нас самих, в действительности является гигантской целостной системой, в которой все взаимозависимо, что далеко не всегда очевидно. Все, что доступно осязанию и существует в мире обособленно — скалы, океаны, леса, животные и люди, — представляет собой видимый уровень мироздания. Однако все эти вещи и явления только кажутся обособленными, в действительности же они связаны между собой на глубинном уровне высшей целостности — скрытого порядка, который просто не доступен нашим органам восприятия. Мир подобен гигантской космической голограмме».

В голограмме любая часть объекта содержит весь объект в уменьшенном виде. С точки зрения Бома, все, что мы можем наблюдать в окружающем мире, — это проекции чего-то гораздо более реального, происходящего на глубинном уровне мироздания в области скрытого и подлинного бытия. Согласно такому подходу, «как вверху, так и внизу», «как внутри, так и вовне». Иными словами, любая система состоит из систем меньшего масштаба, по сути, ей идентичных.

Удачный пример голограммы — элегантная простота человеческого тела. Из какой бы его части мы ни взяли молекулу ДНК — из волоса, пальца руки или из капли крови, она будет содержать генетический код всего организма. В ней всегда и в неизменном виде обнаруживается генетическая модель всего человека. 

Видимо прав был отец квантовой теории Макс Планк, шокировавший в 1944 году ученый мир заявлением о том, что «существует некая «матрица», в которой берут свое начало новые звезды, ДНК и даже сама жизнь». При этом все они соответствуют единому скрытому порядку  — порядку целостности и единства. Другими словами, существует некий Высший (относительно нашего уровня понимания) закон природы, являющийся более общим для всего нашего мироздания. Вот что сказал об этом Грэгг Брейден: «недавние исследования с очевидностью подтверждают, что матрица Макса Планка действительно существует. Чтобы подключиться к ее силе, мы должны понимать, как она устроена, и научиться говорить на понятном ей языке».

kabmir.com

vzglyadzagran.ru

Система наук о природе и естественно-научная картина мира.

Система наук о природе и естественно-научная картина мира.

Охарактеризованы основные науки о природе. Рассмотрен научный метод познания природы. Кратко изложена история развития естествознания и эволюция представлений о естественнонаучной картине мира. Приведено обоснование использования динамических и статистических законов для описания явлений природы.

Дидактический план

Естественнонаучные знания. Основные науки о природе, их общность и отличия.

Научный метод познания. Элементы научного метода познания (наблюдение, эксперимент, гипотеза, модель, теория). Единство законов природы во Вселенной. Псевдонаука. Фундаменталь­ные и прикладные науки. Технологии.

История развития естествознания. Научные знания на Древнем Востоке. Появление науки в Древней Греции. Античная наука. Научные знания в средние века. Эпоха Возрождения: революция в мировоззрении и науке. Классическая наука нового времени. Вторая глобальная научная революция. Основные черты современной (неклассической) науки. Постнеклассическая наука.

Естественнонаучная картина мира и ее эволюция. Механическая картина мира. Электромагнитная картина мира. Современная физическая картина мира.

Динамические и статистические законы. Проблемы соотношения динамических и статистических законов.

Предисловие

Учебная дисциплина «Естествознание» предназначена для изучения в 10 и 11 классах. В каждом классе содержание изучаемой дисциплины будет представлено двумя рабочими учебниками.

Настоящий рабочий учебник по дисциплине «Естествознание» предназначен для школьников 10 касса. В первом модуле (юните) излагаются основные понятия естествознания, охарактеризо­ваны науки о природе, такие как физика, химия, биология, астрономия. Рассмотрен научный метод познания природы и его составляющие, такие как наблюдение, измерение, эксперимент, гипотеза, модель, теория. Кратко изложена история развития естествознания и развитие представлений о естественнонаучной картине мира. Приведено обоснование использования динамических и статистических законов для описания явлений природы.

Изучив и освоив материалы первого модуля, обучающийся должен

- знать основные понятия естествознания, приведенные в глоссарии;

- знать наиболее важные идеи и достижения естествознания, оказавшие определяющее влияние на представления человека о природе;

- иметь представление о современной естественнонаучной картине мира и методах естествен­ных наук.

Тематический обзор

Современное миропонимание – важный компонент человеческой культуры. Огромную и особую роль в его формировании играет общение человека с природой. Очевидно, что каждый культурный человек должен хотя бы в общих чертах представлять, как устроен мир, в котором он живет, как «работают» в нем законы природы. Это необходимо не только для общего развития. Любовь к природе предполагает уважение к происходящим в ней процессам, а для этого надо понимать, по каким законам они совершаются. Знание законов природы позволяет по-новому взглянуть на деятельность человека и ее последствия и является эффективным средством борьбы с мистическими представлениями. Каждому человеку сегодня, быть может, как никогда в прошлом, необходимо иметь целостное представление о природе и мире, опирающееся на современную науку и, в первую очередь, на естественнонаучные знания.

Основные науки о природе

Слово «естествознание» означает знание о природе. Поскольку природа чрезвычайно многообразна, то в процессе ее познания формировались различные естественные науки: физика, химия, биология, астрономия, география, геология и многие другие. Каждая из естественных наук занимается изучением каких-то конкретных свойств природы. При обнаружении новых свойств материи появляются новые естественные науки с целью дальнейшего изучения этих свойств или, по крайней мере, новые разделы и направления в уже имеющихся естественных науках. Так сформировалась целая совокупность естественных наук. По объектам исследования их можно разделить на две большие группы: науки о живой и неживой природе. Важнейшими естественными науками о неживой природе являются : физика, химия, астрономия.

Физика – наука, которая изучает наиболее общие свойства материи и формы ее движения (механическую, тепловую, электромагнитную, атомную, ядерную). Физика имеет много видов и разделов (общая физика, теоретическая физика, экспериментальная физика, механика, молекулярная физика, атомная физика, ядерная физика, физика электромагнитных явлений и т.д).

Химия – наука о веществах, их составе, строении, свойствах и взаимных превращениях. Химия изучает химическую форму движения материи и делится на неорганическую и органическую химию, физическую и аналитическую химию, коллоидную химию и т.д.

Астрономия – наука о Вселенной. Астрономия изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие. Важнейшими разделами астрономии, которые сегодня превратились, по существу, в самостоятельные науки, являются космология и космогония.

Космология – физическое учение о Вселенной как целом, ее устройстве и развитии.

Космогония – наука, которая изучает вопросы происхождения и развития небесных тел (планет, Солнца, звезд и др.). Новейшим направлением в познании космоса является космонавтика.

Биология – наука о живой природе. Предметом биологии является жизнь как особая форма движения материи, законы развития живой природы. Биология, по-видимому, является самой разветвленной наукой (зоология, ботаника, морфология, цитология, гистология, анатомия и физиология, микробиология, вирусология, эмбриология, экология, генетика и т.д.). На стыке наук возникают смежные науки, такие как физическая химия, физическая биология, химическая физика, биофизика, астрофизика и т.д.

Итак, в процессе познания природы формировались отдельные естественные науки. Это необходимый этап познания – этап дифференциации знаний, дифференциации наук. Он обусловлен необходимостью охвата все большего и все более разнообразного числа исследуемых природных объектов и более глубокого проникновения в их детали. Но природа – это единый, уникальный, многогранный, сложный, самоуправляющийся организм. Если природа едина, то единым должно быть и представление о ней с точки зрения естественной науки. Такой наукой является естествознание.

Естествознание – наука о природе как единой целостности или совокупность наук о природе, взятая как единое целое. Последние слова в этом определении еще раз подчеркивают, что это не просто совокупность наук, а обобщенная, интегрированная наука. Это означает, что сегодня дифференциация знаний о природе сменяется их интеграцией. Эта задача обусловлена, во-первых, объективным ходом познания природы и, во-вторых, тем, что человечество познает законы природы не ради простого любопытства, а для использования их в практической деятельности, для своего жизнеобеспечения.

Роль естествознания в жизни людей велика. Естествознание является основой жизнеобеспечения – физиологического, технического, энергетического. Естествознание – это теоретическая основа промышленности и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства, в том числе производства энергии, продуктов питания, одежды и т.д. Естествознание – это важнейший элемент культуры человечества, это один из существенных показателей уровня цивилизации.

Научный метод познания природы

Метод – совокупность правил и приемов их иcпользования, которые позволяют гарантированно и систематически добиваться поставленной цели.

Цель научного метода заключается в получении научного знания о природных объектах и явлениях. От других видов знания (обыденного, гуманитарно-художественного, религиозного и т.д.) научное отличается систематичностью, объективностью, достоверностью, точностью и практической ценностью.

Систематичность научного знания означает, что данные разных наук не противоречат, а дополняют друг друга.

Объективность научного знания означает независимость от личности исследователя, от его индивидуальности. В отличие от этого оценка достоинств художественного произведения или значимости политического события во многом зависит от субъективных предпочтений и личных убеждений эксперта.

Достоверность научного знания обеспечивается принятой в науке традицией рациональной критики. Ничто не принимается на веру, каждый факт, гипотеза, теория проверяются и перепроверяются.

Точность научного знания связана с использованием особого языка терминов и математических формул. Естественные науки не терпят расплывчатых, двусмысленных, ни к чему не обязывающих утверждений и выводов.

Успехи современного естествознания свидетельствуют об эффективности научного метода познания. Он складывался в течение длительного времени и лишь в конце XVII в. приобрел все свои основные черты. Именно с этого времени начинается история науки в полном смысле этого слова.

Элементы научного метода познания

Научное познание начинается с наблюдения природы.

Наблюдение – целенаправленный, строгий процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены.

Уже этот простейший метод получения знаний требует, как минимум, осмысленной и активной позиции. Наблюдение имеет определенную цель. Место, время и другие обстоятельства наблюдения планируются, а его результаты фиксируются для дальнейшего использования. Часто наблюдение выполняется е помощью технических средств и измерительных приборов.

Результаты наблюдений подвергаются систематизации и классификации, что позволяет сформулировать эмпирические обобщения.

Эмпирическое обобщение — замеченная в природе закономерность, причины которой нам еще непонятны.

Например, эмпирическим обобщением наблюдений восхода солнца является вывод о том, что солнце восходит в восточной стороне горизонта. Это еще не теоретический вывод, но уже и не отдельный факт. Это более общая, чем факт, форма эмпирического знания. «Эмпирический» означает полученный из опыта, из непосредственных ощущений.

Эмпирическое обобщение возникает путем индукции.

Индукция — метод познания, основанный на выведении общих следствий из частных посылок.

Так, если в течение нескольких лет наблюдений солнце каждый день восходит на востоке, возникает основание считать, что оно восходит на востоке всегда.

Эмпирическое обобщение неизбежно вызывает вопрос о причинах установленной закономерности, побуждая к выдвижению гипотез.

Гипотеза — предположение о причине той или иной закономерности, о сущности того или иного объекта или явления.

Гипотезы возникают не только в процессе научного познания. Например, в мифологической картине мира для объяснения каждого явления предлагается гипотеза, связывающая его с отдельным духом или божеством. В религиозных картинах мира в качестве универсальной объяснительной причины всего выступает Бог. Научная же гипотеза должна отвечать следующим требованиям:

1. Быть проверяемой. Гипотеза о существовании всемогущего Бога никакого отношения к науке и научному методу иметь не может, ибо в принципе непроверяема.

2. Обладать общностью, т.е. единым образом объяснять как можно больше разрозненных фактов и эмпирических обобщений. То же требование можно сформулировать «от противного»: число научных гипотез, привлекаемых для объяснения известных эмпирических данных, должно быть минимальным.

3. Обладать предсказательной силой. Предсказательная сила гипотезы заключается, во-первых, в самой возможности делать конкретные и нетривиальные прогнозы на ее основе, а во-вторых, в совпадении выводов с фактами, установленными уже после формулирования гипотезы.

4. Быть логически непротиворечивой, поскольку из противоречивого положения можно вывести любое желаемое утверждение. Если указанные требования к научной гипотезе выполнены, то на ее базе может быть построена научная теория.

Теория — высшая форма организации научного знания, дающая точное и целостное представление о закономерностях определенной области действительности.

В рамках научной теории одни из эмпирических обобщений получают свое объяснение, а другие трансформируются в законы природы.

Закон природы — это выраженная словесно или математически необходимая связь между свойствами материальных объектов и/или обстоятельствами происходящих с ними событий.

Например, закон всемирного тяготения выражает необходимую связь между массами тел и силой их взаимного притяжения; периодический закон Менделеева — связь между атомной массой (точнее, зарядом ядра атома) химического элемента и его химическими свойствами; законы Менделя — связь между признаками родительских организмов и их потомков.

Большой объем эмпирических знаний был накоплен древними цивилизациями Востока. И в Китае, и в Вавилоне, и в Египте были подмечены повторяемость, регулярность в небесных и вообще природных явлениях, благодаря чему были достаточно развиты математика и астрономия. Однако переход на следующий, теоретический уровень знания произошел лишь в Древней Греции.

Известны вавилонские и египетские учебники математики. Они представляют собой сборники задач с конкретными числовыми условиями и решениями, выполненными по принципу: сначала вычитаем, потом делим, потом прибавляем — вот и ответ. Почему именно так? Никаких общих правил или доказательств нет, да и само понятие доказательства было незнакомо математике Древнего Востока. В этом отношении такие «учебники» мало отличаются от сборника магических заклинаний или поваренной книги.

Первым известным нам человеком, который перешел от решения конкретных вычислительных задач к доказательству общих теоретических утверждений, был грек Фалес Милетский (VII-VI вв. до н.э.). Фалес доказывал, что всякий круг делится диаметром пополам, а всякий угол, опирающийся на диаметр, — прямой, что углы при основании всякого равнобедренного треугольника равны (рис. 1).

S1 = S2ABC= 90° A=B

Рис.1. Теоремы, доказанные Фалесом

Можно нарисовать тысячи разных кругов, и все они будут делиться своими диаметрами строго пополам. Дает ли это уверенность, что диаметр делит пополам всякий круг, круг вообще! Нет, уверенность может дать только общее доказательство, оперирующее не с конкретными кругами, а с абстракцией круга.

Абстракции позволяют упрощать картину явления и рассматривать его как бы в «чистом виде». Они возникают в результате абстрагирования.

Абстрагирование — метод познания, основанный на том, что несущественные стороны и признаки изучаемого явления не учитываются.

Основной абстракцией Фалеса и его учеников стало представление о единой субстанции, лежащей в основе мира, — материи. Основа миропорядка сводилась к качественным изменениям этой субстанции, объясняющим возникновение, развитие и структуру окружающего мира.

У самого Фалеса роль субстанции играло конкретное вещество — вода, однородная, бесформенная и подвижная, а у его ученика Анаксимена — воздух. Однако другой ученик Фалеса, Анаксимандр, уже учил, что первоосновой сущего служит апейрон («беспредельное»), не воспринимаемый непосредственно органами чувств.

С развитием метода абстрагирования стали одна за другой создаваться абстракции все более высокого уровня. Дистанция между ними и их корнями в реальности вскоре возросла настолько, что абстракции в представлении некоторых греческих философов приобрели самостоятельную реальность, порой рассматривавшуюся как первичная по отношению к реальности чувственного мира. Такой, например, стала абстракция числа в трактовке школы Пифагора. «Всё есть число», — утверждал Пифагор. Числа, с его точки зрения, представляют собой самостоятельные сущности, являющиеся первоосновой мира.

Пифагорейцы заложили основы дедуктивного метода.

Дедукция — метод познания, основанный на выведении частных следствий из общих посылок.

Греческие мыслители поняли, что соблюдение определенных правил гарантирует получение правильных выводов из правильного исходного положения. Совокупность правил мышления оформилась в отдельную философскую дисциплину — логику.

Логика – наука о законах и формах мышления.

Основные законы логики сформулировал легендарный Аристотель (384-322 гг. до н. э.).

Понятие абстракции (абстрагирования) тесно связано с понятием модели. Мы не в состоянии охватить предмет изучения целиком, во всем богатстве его неисчислимых взаимосвязей с окружающим миром. Мы можем эффективно работать лишь с моделями, для которых предмет изучения — природный объект или явление — является прототипом.

Модель — это абстракция или материальный объект, которые обладают только основными свойствами и связями прототипа, а в остальном существенно проще его.

Моделирование как метод научного познания основано на изучении каких-либо объектов посредством их моделей. Появление этого метода вызвано тем, что иногда изучаемый объект или явление оказываются недоступными для прямого наблюдения. Сущность моделирования как метода познания заключается в замещении объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественного, так и искусственного происхождения. Возможность моделирования основана на том, что модель в определенном отношении отображает какие-либо стороны прототипа. При моделировании очень важно наличие соответствующей теории или гипотезы, которые строго указывают пределы и границы допустимых упрощений при моделировании.

И наконец, в естествознании используется эксперимент.

Эксперимент – метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности.

Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в их ход.

Научный метод приобрел все свойственные ему основные черты, включая систематическое использование математики и эксперимента, в XVII в. Рисунок 2 иллюстрирует ход научного познания — от первых наблюдений до высшей формы научного знания, теории. Однако с построением теории развитие науки не заканчивается. В соответствии с критическим духом, пронизывающим всю деятельность ученых, каждая теория постоянно подвергается проверке на соответствие ее предсказаний результатам наблюдений и экспериментов. И рано или поздно обнаруживаются условия, в которых теоретические выводы расходится с реальностью. Это не означает, что старая теория была полностью неверной, — это всего лишь означает, что мы вышли за пределы области ее применимости. В новой области требуется новая, более широкая теория, и спираль научного познания делает новый виток: от наблюдательных и экспериментальных фактов – к эмпирическим обобщениям, гипотезам и, в конце концов, — к новой теории. Соотношение между новой и старой теориями устанавливается принципом соответствия, согласно которому новая теория не отменяет старую, а включает ее в себя как частный случай.

Рис. 2. Научный метод. Стрелки — формы научного познания, прямоугольники — формы научного знания

Псевдонаука

В человеческой культуре, помимо науки, существует псевдонаука или лженаука. К псевдо­наукам относятся, например, астрология, алхимия, уфология, парапсихология. Массовое сознание либо не видит разницы между наукой и псевдонаукой, либо видит, но с большим интересом и сочувствием воспринимает псевдоученых, испытывающих, по их словам, гонения и притеснения со стороны закостеневшей «официальной» науки. Культурному человеку необходимо иметь представление об истинной ценности псевдонауки, ее исторических, психологических и социальных корнях и характерных признаках.

Псевдонаука — социально-психологическое явление, которое, выполняя в обществе функции, не связанные с получением достоверного и практически эффективного знания, претендует на статус и авторитет науки.

Популярность псевдонаук свидетельствует, что их существование обусловлено серьезными социальными и психологическими причинами.

Псевдонаука отличается от науки, во-первых, содержанием своего знания. Утверждения псевдонаук не согласуются с установленными фактами, не выдерживают объективной практической проверки.

Множество раз проверялась эффективность астрологических прогнозов, и результат неизменно был отрицательным. Убедиться в этом на элементарном уровне может каждый. Важно только соблюсти правильную последовательность: сначала записать важнейшие события своей или чужой жизни, относя каждое к определенной категории (здоровье, личная жизнь, деньги, работа) и оценивая знаком плюс или минус, а уже затем сравнить с гороскопом на этот период. Астрологи к отрицательным результатам таких проверок безразличны, поскольку, как говорилось выше, на самом деле точное предсказание будущего не является целью этой псевдонауки.

Во-вторых, псевдонаука отличается от науки структурой своего знания. Псевдонаучные знания фрагментарны и не вписываются в какую-либо интегральную картину мира.

Отличить псевдонаучное знание от научного по его содержанию и структуре можно, но это не всегда легко, так как требует обширных и глубоких познаний. Легче отличить псевдоученого по используемой им методологии.

Для псевдонаук характерны следующие методы получения, проверки и распространения знания.

1. Некритический анализ исходных данных. За достоверные факты принимаются легенды, мифы, рассказы из третьих рук и т. д.

2. Пренебрежение противоречащими фактами. Интерес проявляется лишь к материалу, который можно истолковать в пользу доказываемой концепции, все остальное просто не рассматривается.

3. Неизменяемость взглядов, несмотря ни на какие возражения. Настоящие ученые не стесняются признаться в ошибке. Не стесняются потому, что есть уверенность в научном методе познания, который гарантирует устранение ошибок.

4. Отсутствие законов. Излагается не концепция, а рассказ или сценарий, по которому, по мнению автора, происходили определенные события. Так, в уфологии наиболее неприемлемым элементом являются не сами рассказы о встречах с пришельцами, а отсутствие их должного осмысления. Кто эти пришельцы? Откуда они? Если с других звезд, то как преодолели технологические и экологические трудности организации межзвездных путешествий, которые, как мы уже понимаем, имеют принципиальный характер? Ответы на эти и другие подобные вопросы если и даются, то оказываются неубедительными и бледными по сравнению с детализированными описаниями обстоятельств посадки НЛО. Очень характерно, что еще никому из уфологов не удалось предсказать дату и место появления очередной летающей тарелки — верный признак отсутствия положительного знания.

5. Нарушение общепринятых этических норм. Это в наибольшей степени относится к девиантной науке. Подтасовывать результаты экспериментов, подгонять решения под заданный ответ означает не просто давать неверную информацию (от ошибок никто не гарантирован), но поступать аморально. Чтобы понять лженаучный характер теорий крупнейшего псевдоученого XX в. академика Т.Д. Лысенко и его сподвижников, в течение нескольких десятков лет занимавших командные высоты в отечественной биологии и сельскохозяйственных науках, не обязательно быть профессиональным биологом. Достаточно было видеть, какими методами они расправлялись с теми, кого считали своими оппонентами. Если человек, представляющийся ученым, называет оппонента негодяем и вредителем, если его аргумент в научном споре — донос или жалоба в административные инстанции, то его научным результатам лучше не верить.

Другие разновидности псевдонауки также небезупречны в морально-этическом отношении. Обман и мошенничество, недобросовестная эксплуатация особенностей человеческой психологии выявляются почти всегда, когда псевдонаучные утверждения подвергаются обстоятельной проверке. К сожалению, такие обстоятельные проверки случаются не слишком часто — серьезные люди с неохотой отвлекаются от своих дел, да и сами псевдоученые обычно добиваются не столько тщательного анализа их деятельности компетентными профессионалами, сколько благосклонности властей и популярности у широкой публики.

Фундаментальные и прикладные науки. Технология

Установившееся понимание фундаментальной и прикладной науки состоит в следующем. Проблемы, которые ставятся перед учеными извне, называются прикладными. Прикладные науки имеют своей целью осуществление практического применения добытого знания.

Проблемы, возникающие внутри самой науки, называются фундаментальными. Фундаментальные науки направлены на получение самого знания о мире как такового. Именно фундаментальные исследования направлены в той или иной мере на решение мировых загадок.

Не следует слово «фундаментальный» смешивать со словом «большой», «важный». Прикладное исследование может иметь очень большое значение как для практической деятельности, так и для самой науки, в то время как фундаментальное исследование может оказаться пустяковым. Здесь очень важно предвидеть, какое значение результаты фундаментального исследования могут иметь в будущем. Так, еще в середине XIX-го века фундаментальные исследования по электромагнетизму считались весьма интересными, но не имеющими никакого практического значения. Прикладная наука тесно связана с технологией.

Технология – совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов. Например, технология металлов, химическая технология, технология строительных работ, биотехнология.

Научные знания на Древнем Востоке

Древневосточные цивилизации (Египет, Шумер, Вавилон, Индия, Китай) обладали хорошо отлаженным механизмом для хранения и передачи информации. Восток выработал конкретные знания в области математики, астрономии на базе определенного практического опыта, но они передавались по принципу наследственного профессионализма, от старшего к младшему внутри касты жрецов. Только в руках жрецов были сосредоточены знания, в том числе и научные. Это знание считалось идущим от бога – покровителя этой касты. В силу этого знание было тайным, доступным только посвященным. По отношению к нему отсутствовала критическая позиция, так как не дело человека – исправлять богов. Такое знание было невозможно подвергнуть каким-либо существенным изменениям, оно функционировало как набор готовых рецептов. Процесс обучения этому знанию сводился к заучиванию этих рецептов наизусть, без доказательств. Вопрос, как были получены эти знания и можно ли заменить их более совершенными, даже не вставал. Новые знания если и появлялись в такой системе передачи информации, то только случайно и очень редко. В этом кроется одна из причин гиперстатичности древнеегипетской цивилизации, просуществовавшей почти четыре тысячи лет без существенных изменений. Чуть более динамичной была древневавилонская цивилизация. Так, вавилонские жрецы настойчиво исследовали звездное небо и добились в этом больших успехов, но это был не научный, а вполне практический интерес. Там была создана астрология как прикладное знание, без которого не начиналось ни одно более или менее важное дело. То же самое можно сказать и о развитии знаний в Индии и Китае. Эти цивилизации дали миру множество конкретных знаний, но это были знания, необходимые для практической жизни, для религиозных ритуалов, всегда бывших в этих странах важнейшей частью повседневной жизни.

Анализ древневосточных цивилизаций позволяет говорить об отсутствии фундаментальности и теоретичности знаний, которые были нужны для чисто практических целей, среди которых важнейшими считались правильно исполненные религиозные ритуалы. Научные знания прежде всего использовались для их совершения.

Даже в математике ни вавилоняне, ни египтяне не проводили различия между точными и приближенными решениями математических задач, при том, что эти задачи могли быть достаточно сложными. Любое решение, приводившее к практически приемлемому результату, считалось хорошим.

Не были научные знания Древнего Востока наукой и по системности знания. Они были просто набором алгоритмов и правил для решения отдельных практических задач. И не имеет значения, что некоторые из этих задач были достаточно сложными, например, вавилоняне решали квадратные и кубические алгебраические уравнения. Решение частных задач не выводило на общие законы, отсутствовала система доказательств, что делало способы их решения профессиональной тайной, сводившей в конечном счете знание к магии и фокусам. Не случайно так тяжело было учиться в школах писцов в Египте и Вавилоне. Ученикам этих школ приходилось заучивать наизусть все конкретные решения для каждой отдельной проблемы, не видя никакой связи между полученными знаниями и не подозревая о том, что многие разные, на первый взгляд, задачи имеют одно и то же решение. Сказанное позволяет сделать вывод об отсутствии подлинной науки на Древнем Востоке. Это существенно отличает восточную цивилизацию от античного мира и сложившейся на его основе современной европейской цивилизации. Таким образом, наука – это феномен западного мира. И, очевидно, причины появления науки в Древней Греции нам следует искать в особенностях этого типа цивилизации, в специфике ее культуры.

Появление науки в Древней Греции

Причиной того, что наука появилась именно в Древней Греции, стала единственная в своем роде революция, которая произошла в эпоху архаики, – появление частной собственности. Весь остальной мир, древнейшие цивилизации Востока демонстрировали так называемый «азиатский способ производства» и соответствующий ему тип государства – восточную деспотию. Восточная деспотия абсолютно подавляла и нарождавшуюся частную собственность, и не имевший никаких гарантий восточный рынок.

Совершенно иные отношения возникли в Греции первой трети I тысячелетия до н.э., где появилась частная собственность, товарное производство, ориентированное на рынок, и отсутствовала сильная централизованная власть. Там же впервые зародилось классическое рабство, которое стало экономической основой общества, а также первые антагонистические классы.

Господство частной собственности вызвало к жизни свойственные ей политические, правовые и иные институты:

- систему демократического самоуправления с правом и обязанностью каждого гражданина принимать участие в общественных делах;

- систему частноправовых гарантий с защитой интересов каждого гражданина, с признанием его личного достоинства, прав и свобод;

- систему социокультурных принципов, способствовавших расцвету личности и появлению гуманистического древнегреческого искусства.

Так, демократия сделала народ властелином государства, кардинально изменила отношения между народом и властью. Теперь каждый гражданин лично обсуждал и принимал законы, по которым жило его государство. Автором этих законов мог быть любой гражданин. Таким образом, общественная жизнь высвобождалась из-под власти религиозных и мистических представлений, закон переставал быть слепой силой, продиктованной свыше и неподвластной человеку, а становился демократической нормой, принятой большинством голосов в процессе всенародного обсуждения. Обсуждение этих законов основывалось на риторике, искусстве убеждения и логической аргументации. Все, входящее в интеллектуальную сферу, подлежало обоснованию, хотя каждый имел право на особое мнение. Так постепенно формировалось убеждение, что истина – не продукт догматической веры, принимаемой в силу авторитета, а результат рационального доказательства, основанного на аргументах и понимании. Не случайно в Греции так высоко ценилось умение словом убеждать людей, и философы-софисты, обучавшие этому искусству греческую молодежь, получали за свои уроки большие деньги.

Таким образом, постепенно сформировался аппарат логического, рационального обоснования, превратившийся в универсальный алгоритм производства знаний в целом, в инструмент передачи знания от индивида к обществу. Так появилась наука как доказательное познание, теперь она удовлетворяла критерию рациональности знания. Отныне ничего не принималось на веру. Рациональное доказательство неизбежно приводило к требованию систематизации знаний. Не случайно идеалом научной теории стала геометрия Евклида, представляющая собой систему аксиом и выведенных из них по правилам логики теорем.

Важным было и уже упоминавшееся нами ранее отсутствие у греков касты жрецов, монополизировавшей интеллектуально-духовные функции общества, консервировавшей традиционную культуру. Это приводило к доступности знаний для любого гражданина и свободного человека. Так древнегреческое знание стало соответствовать трем критериям научности – системности, рациональности, а также наличию механизма для получения нового знания.

Но важнейшим критерием научности является теоретичность знания, отрыв его от повседневных практических интересов. Формирование этой стороны древнегреческого знания было связано с такой особенностью греческой цивилизации, как рабовладение. Именно классическое рабство было экономической основой античной цивилизации, причем число рабов постоянно увеличивалось. Так, в период расцвета Афин в V–IV вв. до н.э. там было до 400 тыс. рабов, работавших на полях, в мастерских, а также выполнявших почти все домашние работы. Постепенно развитие рабовладения обусловило формирование пренебрежительного отношения свободных греков к физическому труду, а затем и ко всей орудийно-практической деятельности. Занятиями, достойными свободного человека, считались политика, война, искусство, философия. Это и сформировало идеологию созерцательности, абстрактно-умозрительного отношения к действительности. Занятия свободного человека и занятия рабов резко различались. Заниматься ремеслом для свободного человека считалось недостойным.

Это был очень важный шаг для становления науки, так как именно отказ от материально-практического отношения к действительности породил идеализацию – непременное условие науки. Умение мыслить понятиями, образовывать их, двигаться в плоскости «чистой» мысли – великое завоевание древнегреческой философии, важнейшее основание и предпосылка всякой науки. Без четкого разграничения сферы «теоретического» и сферы «практического приложения» теории это было бы невозможно. Поэтому достижения античной науки и философии – планиметрия Гиппарха, геометрия Евклида, диогеновский поиск сущности человека – все это не имеет каких-то очевидных связей с материальным производством. Никакому практику никогда не придет в голову заниматься вопросами сущности мира, познания, истины, человека, прекрасного. Все эти сугубо «непрактические» вопросы весьма далеки как от сферы массового производства, так и от сознания производителей. Но без них подлинной науки возникнуть не может, именно об этом говорит пример Древнего Востока.

Решительный отказ от практической деятельности имел и обратную сторону – неприятие эксперимента как метода познания закрывало дорогу становлению экспериментального естествознания, возникшего лишь в Новое время.

Тем не менее, это уже была наука, имевшая свой предмет, методы его изучения и познания, свои способы доказательства, что позволяет говорить о появлении первых научных программ. Они сформировались в VI–IV вв. до н.э., выделившись из мифологии, бывшей до этого господствующей формой сознания.

Античная наука

Итак, мы с полным основанием можем говорить о появлении науки именно в Древней Греции. Происходило это в форме научных программ. Ведь прежде чем заниматься собственно научными исследованиями, нужно было ответить на важнейшие вопросы: что изучать? какими методами? почему мы можем познавать мир?

Именно древнегреческой культуре принадлежит несколько основополагающих идей, которые легли в основу науки и научного познания мира. Среди них – идея рождения мира из первоначального Хаоса, впервые зафиксированная еще в мифах. Хаос понимался как некое первичное состояние мира, аморфное и бессистемное. По мере внесения в него идеи порядка он превращался в известный нам сегодня мир, разумно организованный и устроенный – Космос. Превращение Хаоса в Космос связывалось с действием универсального космического закона – Логоса. Именно он превращал беспорядок (Хаос) в порядок (Космос). Изучение процесса превращения Хаоса в Космос, поиск космического (упорядочивающего) закона и должны были стать предметом исследования античной науки.

Еще одной важной идеей стало представление о единстве микро- и макрокосмоса, абсолютном подобии человека и мира. Отсюда вытекала возможность познания Космоса, так как подобное познается подобным – эта ключевая для теории познания мысль также была сформулирована в Древней Греции.

Итак, объектом изучения древнегреческой науки стал Космос.

Космос (в Древней Греции) – окружающий мир, существующий вечно, не созданный никем ни из богов, ни из людей, – мир, ставший упорядоченной системой благодаря универсальному космическому закону.

Поэтому самым важным для древнегреческих мыслителей было ответить на вопрос, что является этим законом-Логосом. Иными словами, что лежит в основе мира и является его первоначалом, из которого все возникает и в которое со временем все возвращается? Не случайно первые древнегреческие философы – представители милетской школы – начали с поисков этого первоначала. Фалес нашел его в воде, Анаксимен – в воздухе, Анаксимандр – в некоем вечном начале, которое он назвал апейроном.

Постепенно был дан ответ и на вопрос, как возможно познание мира. Он был сформулирован в работах философов-элеатов (Парменида, Зенона). Они впервые обратили внимание на разницу между представлением о мире, формируемым на основе чувственного познания, и данными разума. Они заявили, что ум человека – это не просто зеркало, пассивно отражающее природу. Разум накладывает свой отпечаток на мир, активно формируя его картину. В работах элеатов, которые создали фундамент античной науки, было сказано, что бытие (Космос) постигается только разумом и ни в коем случае не чувствами. Поэтому древнегреческая наука практически не использовала эксперимент как метод познания мира. Так была четко сформулирована рационалистическая позиция, позже ставшая господствующей в европейской культуре.

Ответы на вышеназванные вопросы дали возможность сформулировать первые научные программы, или парадигмы.

Парадигма – (от греч. paradeigma – пример, образец) признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают научному сообществу модель постановки проблем и их решения (то же, что научно-исследовательская программа).

Они отличались друг от друга прежде всего ответом на вопрос, что лежит в основе мира.

Математическая программа Пифагора – Платона

Первой научной программой античности стала математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Платоном.

Картина мира, представленная пифагорейцами, поражала своей гармонией – протяженный мир тел, подчиненный законам геометрии, движение небесных тел по математическим законам, закон прекрасно устроенного человеческого тела.

Свое завершение математическая программа получила в философии Платона, который нарисовал грандиозную картину истинного мира – мира идей, представляющего собой иерархически упорядоченную структуру. Мир вещей, в котором мы живем, возникает, подражая миру идей, из мертвой, косной материи. Творцом всего является Бог-демиург (творец, создатель). При этом создание им мира идет на основе математических закономерностей, которые Платон и пытался вычленить, тем самым математизируя физику.

Пифагор (ок. 570 – ок. 500 до н.э.)

Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н. э. Евклид пошел дальше и создал теорию геометрии не просто как чисто математическую, но и как физическую теорию. Его геометрия изучала величины, фигуры и их границы, их отношения, а также относительные положения и движения. При этом все эти тела находились не в пространстве, а в шаре, потому что основу космологических представлений античности составляла геометрия шара. Шар и круг считались самыми совершенными фигурами, которые находились в надлунном мире.

Атомистическая программа Левкиппа и Демокрита

Второй научной программой античности, оказавшей громадное влияние на все последующее развитие науки, стал атомизм. Основателями атомизма стали Левкипп и Демокрит.

В основу мира атомистическая программа положила мельчайшие, неделимые, бесструктурные частицы – атомы, которые двигались в пустоте. Атомы – это бытие в собственном смысле слова, пустота – небытие. Ничто не возникает из несуществующего и не уходит в небытие, так как атомы никогда не возникают и не погибают, существуя вечно. Возникновение вещей есть соединение атомов, а уничтожение – это распад вещей на части, в пределе – на атомы. Причиной возникновения вещей является вихрь, собирающий атомы вместе, сталкивающий и сцепляющий их. Разделение на части означает уничтожение вещей, но не атомов.

Демокрит (ок. 470 или 460 до н.э. – умер в глубокой старости)

Очень важна была также высказанная Демокритом идея жесткого детерминизма.

Детерминизм – (от лат. determino - определяю) - философское учение об объективной, закономерной связи и всеобщей обусловленности всех явлений и процессов окружающего мира.

Все, что происходит в мире, для Демокрита не только имеет причину, но и существует по необходимости. Случайности нет места в созданной им картине мира.

Атомизм является физической программой, одной из самых плодотворных в истории науки. Она ориентировала ученых на поиски механистических причин всех возможных изменений в природе, на развитие представлений о структуре материи. По сути дела, атомистическая программа стала рождением механистического метода, требовавшего объяснить сущность природных процессов механическим соединением составляющих их частей. В рамках математической и атомистической научных программ было сделано немало важных открытий, которые легли в основу первой научной картины мира. Эта картина была сформулирована в трудах другого величайшего мыслителя в истории человечества – Аристотеля.

Континуальная программа Аристотеля

Программа Аристотеля стала третьей, завершающей научной программой античности. Она возникла на переломе эпох. С одной стороны, она еще близка к античной классике с ее стремлением к целостному философскому осмыслению действительности. С другой стороны, в ней отчетливо проявляются эллинистические тенденции к выделению отдельных направлений исследования в относительно самостоятельные науки, каждая со своим предметом и методом исследования.

Аристотель (384–322 до н.э.)

Аристотеля не устраивают крайности двух предыдущих научных программ, и он пытается найти компромисс между ними, предлагая третий путь. Он возражает и Демокриту, и Платону с Пифагором, отказываясь признать как появление вещей только из материальных атомов, так и существование идей или математических объектов, существующих независимо от вещей. Аристотель считает, что идеи и чувственные вещи не могут существовать отдельно. Мир един, а не распадается на две части – чувственную и идеальную. Поэтому познания заслуживают не только идеи, но и мир чувственных вещей.

Чтобы обосновать это утверждение, Аристотель в качестве первоосновы мира предлагает четыре причины бытия: формальную, материальную, действующую и целевую. Материя – это пассивное начало, материал. Чтобы стать вещью, она должна соединиться с формой, идеальным началом, которое придает вещи конкретность. В каждой вещи обнаруживается соединение материи и формы, при этом материя данной вещи является формой для материи тех элементов, из которых эта вещь состоит. Двигаясь так вглубь материи, вещества, можно прийти к первоматерии, лишенной всяких свойств и качеств. Если первоматерия соединится с простейшими формами (теплое, холодное, сухое и влажное), образуются первоэлементы – земля, вода, воздух и огонь. Конечно, эти элементы не существуют в чистом виде – все тела земного мира являются смесью этих элементов. Тем не менее, все элементы располагаются в определенном порядке, образуя структуру Космоса. Отдельные тела также стремятся занять свои места, которые определяются преобладанием в них тех или иных элементов.

Самый «тяжелый» элемент – земля – находится в центре мира, поэтому Земля, образующаяся из этого элемента, является центром аристотелевского Космоса. Она неподвижна и шарообразна. Шарообразность Земли уже можно было подтвердить наблюдениями за лунными затмениями. Когда происходит такое затмение, Земля становится между Луной и Солнцем и отбрасывает круглую тень на Луну.

Вокруг Земли располагаются более «легкие» элементы – вода, воздух и огонь, который поднимается до Луны. Выше идет надлунный божественный мир, существующий по иным законам, чем земной мир, так как там все тела состоят из пятого элемента – эфира. Из него сделаны небесные сферы, к которым прикреплены планеты, Луна и Солнце, вращающиеся вместе с этими сферами вокруг Земли. Это вращение происходит по круговым орбитам. Представление о круговом вращении связано с убеждением античных мыслителей, что именно круг, сфера или шар являются идеальными телами или траекториями движения. Картину античного Космоса замыкала сфера неподвижных звезд, за которой находился перводвигатель мира – Бог. В Космосе Аристотеля не было пустоты (с тех пор известна фраза: «Природа не терпит пустоты»). Поэтому его программа может быть названа континуальной, она принципиально противоположна Космосу Демокрита, который состоит из атомов и пустоты.

Так была сформулирована знаменитая геоцентрическая модель Вселенной, господствовавшая в науке до XVI в. и опровергнутая только в ходе первой глобальной естественно-научной революции.

Геоцентрическая модель Вселенной – модель, согласно которой в центре Вселенной находится Земля, вокруг которой по соответствующим орбитам вращаются остальные планеты.

Развитие науки в эпоху эллинизма

Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как этого требовала геоцентрическая модель мира. Решением этой проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома Клавдия Птолемея (I–II вв. н.э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность, с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, которая называется эпициклом. Это движение происходит с угловой скоростью, постоянной по отношению к точке, расположенной симметрично центру большей окружности относительно Земли. Планеты в геоцентрической модели Птолемея равномерно двигались по эпициклам. На основе созданных им таблиц положение планет можно было вычислить с большой точностью.

Архимед (ок. 287–212 до н.э.)

Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики, – Архимеде, жившем в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Ему приписывается изобретение винта Архимеда – машины для подъема воды, планетария – механической модели небесной сферы, различных военных машин – баллисты, крана для поднятия кораблей и др. Тем не менее, не следует преувеличивать роль этих открытий. Все же главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука. Работы Архимеда сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел в науку понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Развиваются в античности основы биологических знаний. Среди них большое значение для дальнейшего развития науки имеют две концепции происхождения жизни – креационистская, которая утверждает, что жизнь была создана Богом, и концепция самозарождения жизни из неживого. Огромное значение имели работы Аристотеля, который заложил основы систематизации видов животных, описал свыше пятисот видов растений и животных. Гиппократ становится родоначальником научной медицины.

Такова была античная наука, во многих своих положениях и выводах опровергнутая сегодня, но сыгравшая исключительно важную роль в становлении современной цивилизации. Выделение науки в самостоятельную сферу культуры, пусть еще практически не связанную с материальным производством, было важнейшим шагом в формировании активного, творчески-преобразующего отношения человека к миру.

Научные знания в Средние века

В отличие от античности, средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ, но она в то же время не ограничивалась только пассивным усвоением достижений античной науки. Ее вклад в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.

Основные черты средневекового мировоззрения и науки

Важнейшей чертой средневекового мировоззрения, бесспорно, является теоцентризм – представление о Боге как единственной подлинной реальности. Вся жизнь средневекового человека была так или иначе связана с религией.

Отношение к природному миру как к вторичной, неподлинной реальности породило и иной способ его познания. Оно исходило из совершенно новых, отличных от античного познания, предпосылок.

Вся деятельность человека воспринималась в русле религиозных представлений. Противоречащее догматам церкви запрещалось специальными декретами. Основное внимание, бесспорно, уделялось познанию подлинной реальности – Бога, но такое познание было возможно только в рамках религии. Естественнонаучному познанию отводилась второстепенная роль. При этом все его выводы проходили через цензуру библейских концепций. Это усиливало элемент созерцательности в познании, настраивало его на откровенно мистический лад, что и предопределило регресс или, в лучшем случае, стагнацию научного познания.

Особенности средневекового мировоззрения и познания привели к тому, что наука в это время носила исключительно служебный характер. Она могла только иллюстрировать и детализировать истины Священного писания, познать же первоначала мира она не могла в принципе и в основном использовалась для решения чисто практических задач.

Таким образом, средневековая наука перестала соответствовать введенным нами ранее критериям научного знания. Это означало ее безусловный шаг назад по сравнению с античной наукой.

В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, ятрохимия, натуральная магия.

Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки, в силу своей практической направленности. Исподволь они разрушали идеологию созерцательности, перешедшую в средневековое мировоззрение из античности, осуществляли переход к опытной науке, хотя и несли в себе при этом множество черт магического мироощущения, основанного на идее сверхъестественной связи предметов и явлений мира. В ходе этих исследований были получены весьма интересные результаты как в практической, так и в теоретической областях. Тем самым эти дисциплины подготовили возможность появления современной науки.

Самые интересные результаты дали алхимия и ятрохимия, в рамках которых были открыты способы получения серной, соляной, азотной кислот, селитры, сплавов ртути с металлами, многих лекарственных веществ. Ятрохимия - течение в медицине XVI–XVII веков, ставившее своей задачей поиски философского камня для нахождения панацеи – лекарства от всех болезней.

В теоретической области были важны разрабатывавшиеся идеи космизма, а также биологизации мира - рассмотрение мира как целостного организма, каждая часть которого несет в себе признаки всего целого. Но если практические достижения герметических «наук» позже легли в основу классического естествознания Нового времени, то теоретические рассуждения были отброшены и новый интерес к этим идеям появился лишь в XX веке.

Также закладывается новое понимание механики, которая в античности была прикладной наукой. Античность и раннее Средневековье рассматривали все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип: «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека космосу мог познавать мир. Позже инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Таким образом, открывалась возможность для использования экспериментального метода познания.

Важным было создание условий для точного измерения. В науке вплоть до эпохи Возрождения точное измерение природных процессов считалось невозможным, так как точность считалась характеристикой только идеальных объектов. Но в Средние века шло бурное развитие астрологии, содержавшей в себе зародыши будущей астрономии и требовавшей довольно точных измерений.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства – круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференциальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Постепенно средневековое мировоззрение начинает ограничивать и сдерживать развитие науки, которая требовала нового взгляда на мир. Новая картина мира была сформулирована в эпоху Возрождения, приобрела завершенность и стала научной после первой глобальной научной революции XVI–XVII веков.

Эпоха Возрождения: революция в мировоззрении и науке

Эпоха Возрождения – (от фр. Renaissanse) эпоха расцвета культуры в странах Западной Европы XV-XVI веков

Эпоха Возрождения внесла огромный вклад в развитие научной мысли не только потому, что в это время произошла первая глобальная научная революция, создавшая классическую науку Нового времени. Прежде чем смогла произойти эта революция, должны были кардинально измениться представления о месте и роли человека в объективном мире, сложиться новые представления о мире в целом. Поэтому научной революции предшествовала мировоззренческая революция.

В ходе мировоззренческой революции человек стал пониматься не как природное существо, как было в античности, и не в качестве Божьего создания, как в средневековых представлениях, а как творец самого себя и окружающего мира. Это была подлинно революционная мысль, так как до сих пор творческая функция считалась одним из важнейших атрибутов Бога.

Обращаясь к идеалам и ценностям античности, эпоха Возрождения начинает иначе относиться к познанию мира. Если в Средние века целью познания считалась скрытая за материальной видимостью вещей суть божественного творения, и это было нужно для спасения души, то в эпоху Возрождения изучается природа, одухотворенная и проникнутая Божественным началом.

По-иному относится Возрождение и к деятельности. Античность предпочитала созерцание, считая, что оно приобщало человека к сущности мира, к вечному. Средние века делали упор на деятельность в нравственно-религиозной сфере, которая сродни созерцанию. Возрождение придало человеческой деятельности оттенок сакральности (божественности): человек не просто удовлетворял свои земные нужны, он творил мир, красоту, самого себя.

Поэтому в эпоху Возрождения впервые исчезает граница между наукой как постижением сущего и практически-технической деятельностью. Идет стирание граней между теоретиками-учеными и практиками-инженерами. Художник и ученый отныне подражали не только созданиям Бога, но и его творчеству. Стало важным не только открыть законы мира, но и использовать их при творении нового.

Новый взгляд на мир и человека позволил сделать выдающиеся открытия и создать новые теории, ставшие прологом научной революции, в ходе которой сформировалось классическое естествознание. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Николая Коперника «О вращении небесных сфер». С этого момента начался переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной.

Новые научные задачи были решены в работах Галилео Галилея, Джордано Бруно, Иоганна Кеплера, Рене Декарта, Исаака Ньютона и других выдающихся ученых. Завершением научной революции стали труды И. Ньютона, в которых были сформулированы основные положения классической научной картины мира.

Открытия Коперника и Бруно – фундамент первой научной революции

Выход в свет революционной книги Коперника был связан с теми серьезными трудностями, которые испытывала к этому времени геоцентрическая система Птолемея. Ее несовершенство становилось все очевиднее.

К поиску новой, более совершенной модели мира подталкивали и практические потребности жизни: назревшая необходимость реформы календаря (день весеннего равноденствия, закрепленный за 21 марта еще в IV в., отстал от действительной даты на 10 дней), а также упрощение вычисления долготы, необходимой в мореходной практике.

Н. Коперник (1473–1543)

Эти задачи, а также стремление к поиску простой и гармоничной модели, отражающей реальность Космоса, привели Коперника к гелиоцентризму. В его схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя размеры ее резко возрастали. В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Главным достижением гелиоцентрической модели мира стала возможность описания мира с позиций одной центральной идеи (гелиоцентризма), которая позволяла видеть Космос единой системой. Так был исправлен самый большой недостаток модели Птолемея. Новая модель мира сразу объяснила многие непонятные ранее эффекты, и прежде всего петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была объяснена смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира сделал Джордано Бруно. Он отверг представление о космосе как о замкнутой сфере, ограниченной сферой неподвижных звезд. Он впервые заявил о том, что звезды – это не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, как и наше, вокруг них могут вращаться планеты, на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Но, несмотря на всю грандиозность этой картины, она продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Нужно было открыть законы, действующие в мире и доказывающие правильность предположений Коперника и Бруно. Доказательство их идей стало одной из важнейших задач первой глобальной научной революции.

Галилео Галилей и его роль в становлении классической науки

Работа по обоснованию гелиоцентризма была начата Галилео Галилеем, труды которого предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Именно им были заложены основы нового типа мировоззрения, а также новой науки – математического опытного естествознания. Чтобы глубже проникнуть в математические законы и постичь истинный характер природы, Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов и инструментов – линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Их использование придало естествознанию новое, неведомое грекам измерение. Прежние размышления о Вселенной уступили место экспериментальному исследованию с целью постижения действующих в ней универсальных математических законов.

Г. Галилей (1564–1642)

Очень важно, что свою систематическую ориентацию на опыт Галилей сочетал со стремлением к его математическому осмыслению. И ставил его так высоко, что считал возможным полностью заменить традиционную логику как бесполезное орудие мышления математикой, которая только и способна научить человека искусству доказательства.

Математический аналитический метод Галилея привел его к механистическому истолкованию бытия, позволил ему сформулировать понятие физического закона в его современном понимании. Можно считать, что, начиная с работ этого ученого, наука полностью порвала с сугубо качественным истолкованием природы. Особое значение для утверждения науки нового типа имели открытия Галилея в области механики и астрономии. Именно они заложили прочный фундамент в обоснование гелиоцентризма.

Гелиоцентризм – картина мира, представляющая центром Вселенной Солнце, вокруг которого вращаются все планеты, в том числе и Земля.

Одной из серьезнейших проблем, препятствующих утверждению нового мировоззрения, было давнее убеждение, сложившееся еще в античности и поддерживавшееся на протяжении Средневековья, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница. Со времен Аристотеля считалось, что небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира и вращающихся по идеальным круговым орбитам вокруг Земли. Земные же тела возникают и функционируют совсем по другим законам. Поэтому прежде чем создавать всеобъемлющие теории и открывать законы природы, ученые Нового времени должны были опровергнуть деление на земное и небесное. Первый шаг в этом направлении был сделан Галилеем.

После того, как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них - горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Он же первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела – это не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на идеальном теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти в течение двух тысяч лет Аристотелевской физики. Галилей выступил против мыслителя, авторитет которого считался бесспорным, и впервые проверил многие его утверждения опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики - науки о движении тел под действием приложенных сил. До этого единственным более или менее разработанным разделом физики была статика.

Статика – наука о равновесии тел под действием приложенных сил, основанная Архимедом.

Также Галилей изучал свободное падение тел и на основании своих наблюдений выяснил, что оно совершенно не зависит от веса или состава тела. После этого он сформулировал понятия скорости, ускорения, показал, что результатом действия силы на тело является не скорость, а ускорение.

Проанализировал Галилей и метательное движение, на основании чего пришел к идее инерции, пока еще не сформулированной точно, но сыгравшей огромную роль в дальнейшем развитии естествознания. В отличие от Аристотеля, полагавшего, будто все тела стремятся достичь места, отведенного им природой, после чего движение прекращается, Галилей считал, что движущееся тело стремится пребывать в постоянном равномерном прямолинейном движении или в покое, если только какая-нибудь внешняя сила не остановит его или не отклонит от направления его движения. Идея инерции позволила опровергнуть одно из возражений противников гелиоцентризма, которые утверждали, что предметы, находящиеся на поверхности Земли, в случае ее движения неизбежно оказались бы сброшенными с нее, и что любой метательный снаряд, запускаемый вверх под прямым углом, обязательно приземлялся бы на некотором расстоянии от исходной точки броска. Понятие инерции объясняло, что движущаяся Земля автоматически передавала свое движение всем находящимся на ней телам.

Еще одним возражением противников гелиоцентризма было то, что мы не чувствуем движения Земли. Ответ на него также был дан Галилеем в сформулированном им классическом принципе относительности. Согласно этому принципу, никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т.е. инерциальных систем - покоящихся или движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, Галилей доказывал рассуждениями и многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания утверждать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Законы механики вместе с его астрономическими открытиями подводили ту физическую базу под гипотезу Коперника, которой сам ее творец еще не располагал. Из гипотезы гелиоцентрическая доктрина теперь начинала приобретать статус теории.

Но еще не был окончательно решен вопрос о соотношении земных и небесных движений, не было объяснено движение самой Земли. Реальное движение планет также мало соответствовало их описанию в гелиоцентрической гипотезе Коперника (круговое движение), как и в геоцентризме Птолемея.

Дальнейший ход научной революции

Истинные орбиты планет были установлены Иоганном Кеплером. Он изложил свое открытие в сочинениях «Новая, изыскивающая причины астрономия, или Физика неба» (1609) и «Гармония мира» (1619). Вначале он обработал наблюдения за движением Марса и вывел два первых закона движения планеты, распространив их позже и на другие планеты. Спустя десять лет им был сформулирован третий закон движения планет.

Первый закон Кеплера утверждает, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера говорит, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанная радиус-вектором планеты, изменяется пропорционально времени обращения.

Согласно третьему закону Кеплера, квадраты времени обращения планет вокруг Солнца относятся друг к другу как кубы средних расстояний между ними.

Первые два закона разрушали представления о небесных телах, которые в силу своей идеальности движутся только по идеальным круговым орбитам с одинаковой скоростью. Оказалось, что орбиты планет являются эллиптическими, а движение по ним происходит неравномерно. При этом с удалением от Солнца скорость движения планет уменьшается.

Чтобы сформулировать третий закон, Кеплеру пришлось предположить, что движением планет управляет Солнце. Правда, ему была неясна природа этой силы, и он предположил, что она может иметь сходство с магнитной силой. Кеплер ошибался, и истинная причина движения планет вокруг Солнца пока оставалась неизвестной.

Окончательное решение проблемы двойственности земного и небесного связано с именем выдающегося французского ученого и философа Рене Декарта. Ему удалось это сделать, систематически встроив элементы атомизма в физическое объяснение коперниковской Вселенной.

И. Кеплер (1571–1630)

Атомистическая теория, согласно которой частицы свободно движутся в бесконечном нейтральном пространстве, позволяла по-новому взглянуть на движение как таковое и на планетарное движение в частности. Автоматические круговые движения небесных тел, которые все еще отстаивали Коперник и Галилей, были невозможны в атомистическом мире, где частицы могли передвигаться только по прямой линии или же пребывать в состоянии покоя. Применив обе свои теории – инерционную и корпускулярную – к небесным явлениям, Декарт обнаружил самый важный факт, остававшийся недостающим звеном в объяснении планетарного движения. Он установил, что при отсутствии какой-либо внешней силы, сдерживающей инерционное движение планет, в том числе и Земли, это движение обязательно стремилось бы вытолкнуть их по касательной прямой прочь от изгибавшихся вокруг Солнца орбит. Иначе говоря, планеты, как и все тела и частицы во Вселенной, должны, согласно закону инерции, двигаться равномерно и прямолинейно. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным: какая-то сила отклоняет движения планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.

Исаак Ньютон и завершение научной революции

Природа этой силы была открыта Исааком Ньютоном, которому и удалось завершить коперниковскую революцию в науке. Он доказал существование тяготения как универсальной силы – силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. После целого ряда математических открытий, среди которых создание дифференциального и интегрального исчислений, Ньютон в 1666 г. установил, что планеты удерживаются на устойчивых орбитах с соответственными скоростями (как об этом говорит третий закон Кеплера) потому, что их притягивает к Солнцу сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца. Этому же закону подчинялись и тела, падавшие на Землю. Так, в общем виде был сформулирован закон всемирного тяготения: F = Gm1m2/r2 (G - гравитационная постоянная, F - сила взаимодействия, m1 и m2 - массы взаимодействующих тел, r2 – квадрат расстояния между взаимодействующими телами). Кроме того, Ньютон математическим путем вывел на основании этого закона эллиптическую форму планетных орбит и перемену их скоростей, следуя определениям первого и второго законов Кеплера. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения.

И. Ньютон (1643–1727)

В систематическом виде основы новой земной и небесной механики были изложены Ньютоном в 1687 г. в книге «Математические начала натуральной философии». Так на свет появилась первая фундаментальная физическая теория, которая до начала XX века была основой физического познания, ядром классической научной картины мира Нового времени.

Необходимо было ответить на вопросы, каков механизм действия гравитации, с какой скоростью она распространяется, есть ли у нее материальный носитель?

Отвечая на эти вопросы, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту.

Важнейшим итогом первой глобальной научной революции стало формирование классической науки Нового времени.

Классическая наука Нового времени

Понятие «классическая наука» охватывает период развития науки с XVIII в. по 20-е годы XX в., т.е. от завершения первой глобальной научной революции до появления квантово-релятивистской картины мира. Разумеется, наука XIX в. довольно сильно отличается от науки XVIII в., которую только и можно считать по-настоящему классической наукой. Тем не менее, поскольку в науке XIX в. по-прежнему действуют гносеологические предпосылки науки XVIII в., мы объединяем их в едином понятии – классическая наука. Этот этап развития науки характеризуется целым рядом специфических особенностей.

Основные черты классической науки

1. Исходной посылкой классической науки является натурализм – признание объективности существования природы, управляемой естественными, объективными закономерностями, то есть единственной подлинной реальностью признается материальный мир, существующий вне и независимо от человеческого сознания. При этом материальность понимается только как вещественность.

2. Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность – представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, которую пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась и как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические и социальные) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

3. Рассмотрение природы как из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе, неразвивающегося целого формировало метафизичность классической науки. Это приводило к тому, что каждый предмет или явление рассматривался отдельно от других, игнорировались их связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.

4. Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии, и в биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики жизни и живого. Жизнь и живое стали такими же элементами в мире-механизме, как предметы и явления неживой природы.

Наука XVIII века

Перечисленные предпосылки классической науки отчетливо отразились в тех теориях и концепциях, которые были сформулированы в классическом естествознании XVIII века.

Так, в физике особенно быстрыми темпами развивалась механика.

Механика – наука, изучающая перемещение в пространстве и равновесие материальных тел под действием сил.

Основные методы механики распространялись на все остальные разделы физики, складывавшиеся в это время, – теплофизику, оптику, изучение электричества и магнетизма. В XVIII веке была изобретена лейденская банка (первый аккумулятор), открыто явление электрической проводимости, отрицательное и положительное электричество, электрическая природа молний. Крупнейшим открытием в этой области физики стал закон Кулона – основной закон электростатики, который измерял силу, действующую между электрическими зарядами, и устанавливал, что она зависит от расстояния между этими зарядами. Интересная ситуация сложилась в оптике, которая как самостоятельный раздел физики сложилась еще в XVII веке. Это произошло во многом благодаря работам Ньютона, который разложил белый свет на цвета радуги. Ему же принадлежит корпускулярная теория света, в соответствии с которой свет представляет собой поток световых частиц, наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Хотя в то же время Христиан Гюйгенсом была предложена волновая теория света, корпускулярная теория больше соответствовала предпосылкам классической науки, поэтому именно она была признана научным сообществом.

Очень серьезные изменения происходят в XVIII в. с химией, которая, наконец-то, из алхимии и ремесленной химии становится настоящей наукой. Основная заслуга в этом принадлежит английскому ученому Роберту Бойлю, который в своих исследованиях показал, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких материальных элементов эти тела составлены. Именно он положил начало современному представлению о химическом элементе как о «простом» теле, или как о пределе химического разложения вещества. Также он предположил, что эти частицы могут связываться друг с другом, образуя более крупные частицы – кластеры (сегодня мы называем их молекулами), которые являются невидимыми человеческому глазу кирпичиками для построения реальных физических тел.

Как в физике изучение теплоты породило теорию теплорода, так в химии изучение процессов горения дало теорию флогистона. Подобно теплороду, флогистон рассматривался как особо тонкая материя, благодаря которой обеспечивается горючесть тел. Считалось, что все горючие тела содержат флогистон, исчезающий при горении. Тела с большим количеством флогистона горят хорошо, дефлогистированные тела гореть не способны. Теория флогистона, ложная по сути, была первой научной химической теорией и послужила толчком к множеству исследований. Важнейшими были количественные методы анализа вещества, которые привели к открытию истинных химических элементов – фосфора, кобальта, никеля, водорода, фтора, азота, хлора и марганца. Особое значение для химии имело открытие кислорода А. Лавуазье, после чего им была создана кислородная теория горения.

Открытия Лавуазье имели большое значение и для биологии, так как было показано, что живой организм действует так же, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты.

К. Линней (1707–1778)

Помимо стремления объяснить биологические явления химическими и физическими, биология XVIII в. характеризуется отчетливым стремлением к классификации и систематизации, поисками биологического «атома», лежащего в основе всей живой природы и каждого живого организма. Поэтому особое значение для биологии этого времени имеют работы Карла Линнея, создавшего первую научную классификацию видов, описавшего при этом более 10 тыс. видов растений и 4 тыс. видов животных.

Стремление к количественным методам исследования проявляется и в таком разделе биологии, как эмбриология. В ней все большее значение приобретали концепции эпигенеза, трактующие образование организма как его постепенное развитие из бесструктурной, неоформленной изначальной субстанции.

Наука XIX века

Новый век привнес множество перемен в классическую науку, которая, оставаясь в целом метафизической и механистической, готовила постепенное крушение механической картины мира. В науку начинают постепенно проникать идеи всеобщей связи и развития, разрушающие метафизичность классической науки.

Все более тесной становится связь науки с производством. Промышленная революция, произошедшая в передовых странах Европы, требовала постоянного совершенствования техники, что, в свою очередь, стимулировало развитие науки и прежде всего точного естествознания. Это способствовало более быстрому развитию науки.

Новые открытия в физике, астрономии и космологии

Так, создание парового двигателя значительно ускорило развитие теплотехники и соответствующих разделов физики. Изучение электричества и магнетизма было тесно связано с созданием электротехники и гальванопластики, с появлением первого телеграфа. Открытие фотографии повлекло за собой успехи в оптике.

Крупнейшими достижениями физической науки начала XIX века стали открытия дифракции, интерференции и поляризации света, что привело к утверждению волновой теории света. Начало было положено работами Т. Юнга по интерференции света (наложение двух лучей света друг на друга, в результате чего получается картина чередующихся светлых и темных полос). Следующий шаг был сделан французским ученым О. Френелем, в его работе по дифракции света (огибание светом препятствий). Таким образом, к середине XIX в. практически не осталось приверженцев корпускулярной теории света.

Не менее фундаментальные открытия произошли в области науки об электричестве и магнетизме. Еще Х.Х. Эрстед и А.М. Ампер в своих опытах доказали, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Их работы легли в основу нового раздела физики – электродинамики. Но подлинная революция в этой области физики была совершена английским ученым Майклом Фарадеем. Он открыл явление электромагнитной индукции – возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита. Это произошло в 1831 г., после чего можно было говорить о появлении теоретической основы таких важнейших изобретений, как электродвигатель и электрогенератор.

М. Фарадей (1791–1867)

Что касается самого понятия электромагнитного поля, заслуга по его выдвижению принадлежит Дж. Максвеллу, который первым обратил внимание на идеи Фарадея. Он же создал в 1864 г. теорию электромагнитного поля, окончательно объединившую воедино электрические и магнитные явления. Согласно этой теории, каждая заряженная частица окружена полем – невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся поблизости. Иными словами, поле одной заряженной частицы действует на другие заряженные частицы с некоторой силой. При этом взаимодействие между частицами происходит по фарадеевскому принципу близкодействия – взаимодействие передается полем от точки к точке с конечной скоростью. Это был новый, принципиально отличный от ньютоновского, взгляд на природу взаимодействия тел.

Идея всеобщей связи и развития, представление о единстве различных типов физических процессов и их взаимного превращения находит свое место и в других разделах физики, в частности в теплофизике. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, превращение теплоты в работу – все это способствовало возникновению идеи о взаимопревращении энергии и в конечном счете привело к открытию первого начала термодинамики – закона сохранения энергии. Это открытие было сделано Т. Майером и Дж. Джоулем. Оно легло в основу принципа материального единства мира – фундамента новой научной картины мира.

Характерные для всей науки XIX века идеи диалектики постепенно проникают и в астрономию, которая демонстрирует все большие успехи. На ее счету открытие Урана В. Гершелем, изучение им же туманностей и создание теории островной Вселенной, попытки измерить Галактику и оценить расстояния до других туманностей.

Открытия в химии

Идеи всеобщей связи и развития постепенно и биологии завоевали себе место и в химии. Этапным для химии стало появление в 1861 г. теории химического строения органических соединений A.M. Бутлерова, создавшей фундамент для химии органического синтеза. Но величайшим открытием в химии стало создание Д. И. Менделеевым в 1869 г. периодической системы химических элементов, которая не просто установила связь между физическими и химическими свойствами элементов, но и взаимную связь между всеми химическими элементами.

Д.И. Менделеев (1834–1907)

Биология также не осталась в стороне от новых идей. С начала XIX в. в ней появляются первые эволюционные теории, среди которых особого внимания заслуживает концепция Ж. Б. Ламарка. Он впервые выдвинул предположение о роли среды в процессе эволюции, представлявшем естественный процесс восхождения от низших форм к высшим. Он считал, что под воздействием окружающей среды меняются органы и ткани, причем эти изменения передаются последующим поколениям.

Важнейшим шагом на пути проникновения в биологию идеи развития стало создание палеонтологии – науки, изучающей следы когда-то живших на Земле растений и животных. Эта наука опровергла представления о вечности и неизменности жизни на Земле.

Итогом развития биологии XIX в., бесспорно, является эволюционная теория Чарлза Дарвина. Она основывается на трех фундаментальных положениях – наследственной изменчивости, естественном отборе и борьбе за существование, происходивших в рамках одного вида. После появления дарвиновской теории биология стала настоящей наукой. В ней утвердились представление о том, что органический мир имеет свою историю, причем человек является частью этой истории, вершиной развития органического мира.

Ч. Дарвин (1809–1882)

Кризис классической науки

Эти и многие другие, не названные нами, открытия XIX века подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, в XIX в. она превратилась в систематизирующую науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины XIX в. В силу этого наука XIX в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца XIX – начала XX в.

Особую роль в кризисе научного мировоззрения сыграла дарвиновская теория эволюции, которая вновь поставила на повестку дня вопрос о месте и роли Жизни в Космосе. До сих пор в этом вопросе господствовало негласное соглашение об особом месте человека в мире. Теперь же было очевидно, что не только мир не является результатом божественного творения, но и человек появился в ходе естественного эволюционного процесса. И это означало, что человек – такое же животное, как и другие на Земле. Все отличие человека заключается в том, что он достиг более высокой ступени развития. Человек перестал быть любимым творением Господа, наделенным божественной душой, он стал случайным экспериментом природы.

Этот пессимистический взгляд еще более подтверждался благодаря открытию второго начала термодинамики, согласно которому Вселенная стихийно и неотвратимо движется от порядка к беспорядку, чтобы в конце концов достичь состояния наивысшей энтропии, или «тепловой смерти». Чисто случайно история человечества до сих пор происходила в благоприятных биофизических условиях, обеспечивших человеку выживание, но в этой случайности не было признаков проявления какого-то божественного замысла и тем более свидетельства о надежности нынешнего космического состояния.

Тем неожиданнее стали те научные открытия, которые послужили толчком ко второй глобальной научной революции, практически разрушившей старую картину мира и создавшей новую, современную науку XX века. Эта революция началась в физике, затем проникла в другие естественные науки, кардинально изменила философские, методологические, гносеологические, логические основания науки в целом, создав феномен современной науки.

Вторая глобальная научная революция

Конец XIX века отмечен целым рядом ошеломляющих открытий в физике, разрушивших всю классическую научную картину мира. Это было начало новой научной революции.

Первый этап революции

В 1888 г. Генрих Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Дж. Максвелла. В 1895 г. Вильгельм Рентген обнаружил лучи, получившие позднее название рентгеновских, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Джозефа Томсона к открытию первой элементарной частицы – электрона.

Дж. Дж. Томсон (1856–1940)

Важнейшим открытием 1896 г. стало обнаружение радиоактивности Анри Беккерелем. Изучение этого феномена началось с исследования загадочного почернения фотопластинки, лежавшей рядом с кристаллами соли урана. Эрнест Резерфорд в своих опытах показал неоднородность радиоактивного излучения, состоявшего из ?, ? и ?-лучей. Позже, в 1911 г. он смог построить планетарную модель атома.

К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. Макс Планк предположил, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, что энергия излучается малыми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.

Все эти открытия буквально за несколько лет разрушили то стройное здание классической науки, которое еще в начале 80-х годов XIX в. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи, ее строении, о движении, его свойствах и типах, о форме физических законов, о пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания и стало симптомом более глубокого кризиса всей классической науки. Метафизические философские основания науки Нового времени должны были уступить место новым основаниям, способным объяснить свершившиеся открытия и дать возможность дальнейшего развития науки.

Кризис физики стал первым этапом второй глобальной научной революции в науке и переживался большинством ученых очень тяжело. Ведь возникал вопрос об исчезновении массы и материи вообще, появлялись сомнения в законе сохранения энергии. Ученым казалось, что неверным было все то, чему они учились. В этой атмосфере неизбежно появились сомнения в возможности познания мира с помощью научных методов, некоторые ученые усомнились в том, что мир вообще существует объективно, независимо от нашего сознания.

Второй этап революции

К лучшему ситуация начала меняться только в 20-е годы XX в., с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906–1916 гг. Начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, породившие кризис в физике, были объяснены.

Предшествующие научные представления были оспорены буквально со всех сторон. Ньютоновские твердые атомы, как ныне выяснилось, почти целиком заполнены пустотой. Твердое вещество не являлось больше важнейшей природной субстанцией. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления единого четырехмерного пространственно-временного континуума. Время теперь текло по-разному для тех, кто двигался с разной скоростью. Вблизи массивных предметов оно замедлялось, а при определенных обстоятельствах могло и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии более не были обязательными для природоустройства в масштабах Вселенной. Планеты двигались по своим орбитам не потому, что их притягивала к Солнцу сила всемирного тяготения, а потому, что пространство, в котором они двигались, было искривлено. Субатомные феномены обнаруживали себя и как частицы, и как волны, демонстрируя свою двойственную природу (корпускулярно-волновой дуализм). Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подрывал и вытеснял собой старый лапласовский детерминизм, провозглашая случайность формой проявления закономерности. Научные наблюдения и объяснения не могли двигаться дальше, не затронув природы наблюдаемого объекта, ставя результаты научного исследования в зависимость от условий протекания эксперимента и от наличия наблюдателя. Физический мир, увиденный глазами ученого XX века, напоминал уже не огромный часовой механизм, а необъятную мысль.

Третий этап и итоги научной революции

Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 40-е гг. XX в. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период интенсивно начинают развиваться химия, биология и цикл наук о Земле. Следует также отметить, что с середины XX в. наука окончательно слилась с техникой, что привело к современной научно-технической революции.

Еще одним итогом второй глобальной научной революции стало развитие биосферного класса наук и новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала быть случайным явлением во Вселенной, а стала закономерным результатом саморазвития материи, также закономерно приведшим к возникновению разума. Науки биосферного класса, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биоценология, биогеография, экология, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, т.е. происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. В основе биосферного класса наук лежит идея глобального эволюционизма, идея всеобщей связи в природе (системный подход). Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, реально формирующий этот мир, создавший его в нынешнем виде. Воплощением этих идей стал антропный принцип современной науки и философии, в соответствии с которым наша Вселенная такова, какова она есть, только потому, что в ней есть человек.

Но главным итогом второй глобальной научной революции, бесспорно, стало создание современной науки, связанной с квантово-релятивистской картиной мира. Почти по всем своим характеристикам она отличается от классической науки, поэтому ее иногда еще называют неклассической наукой.

Основные черты современной (неклассической) науки

Понятие «современная наука» охватывает период с 10–20-х по 70–80-е годы XX века. В ее фундаменте лежат новые гносеологические предпосылки и методологические основания, часто противоположные основаниям классической науки.

1. Исходной основой современной науки тем не менее по-прежнему является натурализм – признание объективности существования природы, управляемой естественными закономерностями, существующей вне и независимо от человека и его сознания. Но если раньше объективность мира понималась как вещественность и наглядность, сейчас эти представления расширяются и понимаются как все, что существует или может существовать независимо от человеческого сознания.

2. Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектиче­скими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира-часового механизма сменилась моделью мира-мысли, для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма.

Если классическая наука не видела качественной специфика Жизни и Разума во Вселенной, то современная наука доказывает их неслучайность появления в мире. Это на новом уровне возвращает нас к проблеме цели и смысла Вселенной, говорит о запланированном появлении разума, который полностью проявит себя в будущем.

Названные черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важнейших открытий XX века – теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; открытие многих тайн жизни в биологии и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стала кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.

Ускорение научно-технического прогресса, связанное с возрастанием темпов общественного развития, привело к тому, что потенциал современной науки, заложенный в ходе второй глобальной научной революции, во многом оказался исчерпанным. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса, являющегося симптомом новой глобальной научной революции.

Кризис современной науки. Постнеклассическая наука

К состоянию кризиса и пересмотру позиции безоговорочной веры в науку привело использование научных открытий для создания новых видов оружия и особенно создание атомной бомбы. Кроме того, с середины XX в. современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические замечания со стороны философов, культурологов, деятелей литературы и искусства. По их мнению, техника умаляет и дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями. Техника отнимает человека у живой природы, ввергая в безобразно унифицированный мир, где цель оправдывает средства, где промышленное производство превращает человека в придаток машины, где решение всех проблем видится в дальнейших технических достижениях, а не в человеческом их решении. Непрекращающаяся гонка технического прогресса, требующая все новых сил и все новых экономических и природных ресурсов, выбивает человека из колеи, разрывая его природную связь с Землей. Рушатся традиционные устои и ценности. Под воздействием нескончаемых технических новшеств современная жизнь меняется с неслыханной быстротой.

К этой гуманистической критике науки вскоре присоединились более тревожные конкретные факты неблагоприятных последствий бесконтрольного использования достижений науки и техники. Опасное загрязнение воды, воздуха, почвы планеты, вредоносное воздействие на животные и растительные организмы, вымирание видов и целых популяций, коренные нарушения в экосистеме планеты – все эти серьезные проблемы, вставшие перед человеком, заявляли о себе все громче и настойчивей.

Такая же кризисная ситуация сложилась и в других сферах культуры, нынешнее состояние которой определяется понятием «постмодернизм». Он же одновременно является и новой парадигмой познания мира. С постмодернистской культурой мы вошли в XXI век. Очевидно, наука, являясь частью этой культуры, также должна претерпеть существенные изменения. Это должно произойти в результате третьей глобальной научной революции, которая, как считают многие ученые, началась еще в последние десятилетия XX в. Конечно, сейчас нам сложно представить облик будущей науки, но некоторые ее черты просматриваются уже сейчас. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. При сравнении с наукой XXI века, уже получившей название «постнеклассической» науки, прежнюю науку можно объединить в понятие «модернистская» наука.

Характеристика постнеклассической науки

По мнению большинства ученых-науковедов, будущая постнеклассическая наука будет обладать следующими чертами:

1. Прежде всего наука будет должна осознать свое место в общей системе человеческой культуры и мировоззрения. Постмодернизм принципиально отвергает выделение какой-то одной сферы человеческой деятельности или одной черты в мировоззрении в качестве ведущей. Все, что создано человеком, что является частью его культуры, важно и нужно для человека, выполняет собственные задачи, но имеет свои границы применимости, которые необходимо осознавать и которые не могут быть нарушены. Именно это должна сделать постнеклассическая наука – осознать пределы своей эффективности и плодотворности, признать равноправие таких сфер человеческой деятельности и культуры, как религия, философия, искусство, признать возможность и результативность нерациональных способов освоения действительности.

2. Модернистская наука ставила своей целью создание научной картины мира, что вытекало из представлений об интерсубъективности, общеобязательности и незыблемости научного знания. Постнеклассическая наука должна будет осознать невозможность построения полной непротиворечивой научной картины мира, поэтому она должна будет включить в эту картину мира человека, допустить элементы субъективности в объективно истинном знании. Очевидно, это станет завершением современной тенденции гуманизации науки.

3. Важной чертой постнеклассической науки должна будет стать комплексность – стирание граней и перегородок между традиционно обособленными естественными, общественными и техническими науками, интенсификация междисциплинарных исследований, все более полная интеграция наук, которая также приведет к распространению методов естествознания на общественные и гуманитарные науки, и наоборот.

4. Познание в модернистской науке было монологическим – исследователь изучал объект и высказывался о нем. Сейчас и в будущем исследователь все больше будет осознавать себя частью исследуемого мира, активно взаимодействующим с наблюдателем через систему обратных связей, что превращает познание в диалог.

5. Модернистская наука, декларируя необходимость своего развития во имя удовлетворения растущих человеческих потребностей, в основном все же была ориентирована на развитие производства. Но настало время осознать невозможность всеобщего материального изобилия, опасность безудержного развития промышленности. Поэтому наука будущего во главу угла должна поставить производство, воспроизводство и, может быть, изменение самого человека как субъекта исторического процесса, как личности, как индивидуальности. Это непременно приведет к изменению представлений модернистской науки о ценностно нейтральном характере человеческого знания. Этика науки, моральная ответственность ученых за сделанные открытия перестанут быть пустой фразой.

6. Сами научные исследования, очевидно, будут основываться на системном подходе и глобальном эволюционизме, на представлении Вселенной как иерархической соподчиненности нелинейных, саморазвивающихся и самоорганизующихся систем. Этот мир, развитие которого идет через точки бифуркации, вариативен и случаен. Он состоит не из кирпичиков – элементарных частиц, а из совокупности процессов – вихрей, волн, систем с обратной связью. Этот мир – уже не объект, а субъект, и мы – люди – его часть.

Естественнонаучная картина мира

Важнейшей функцией науки, как уже было отмечено, является мировоззренческая функция. Она связана с формированием научной картины мира, без которой современный человек не сможет нормально ориентироваться в нашем мире. В понятие научной картины мира входит обоснование принципов познания окружающего мира, что теснейшим образом связывает в данном вопросе науку с философией. Научная картина мира формируется на основе естественных, общественных и гуманитарных наук. Но фундаментом этой картины, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания для формирования научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной картине мира.

Естественнонаучная картина мира представляет собой систематизированное представление о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, их фундаментальных идей и теорий. Но история науки свидетельствует, что большую часть своей истории естествознание было связано преимущественно с развитием физики. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Вклад других естественных наук в формирование картины мира был намного меньше. Поэтому, начиная разговор о достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Как уже говорилось ранее, физика – это наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих свойствах тел и явлений. В любом явлении физика ищет то, что объединяет его со всеми другими явлениями природы. Это – строение материи и законы ее движения. Само слово «физика» происходит от греческого phisis – природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Иными словами, тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма, по мере дифференциации знаний и методов исследования из общей науки о природе выделились отдельные науки, в том числе и физика.

В своей основе физика – экспериментальная наука. Такой она стала, начиная с Нового времени, когда ее законы стали базироваться на фактах, установленных опытным путем. Но, помимо экспериментальной физики, различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы.

В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин. Это деление происходит по разным критериям. Так, по изучаемым объектам выделяют физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей, физику твердого тела, физику плазмы. Если в качестве критерия взять различные формы движения материи, можно выделить механику материальных точек и твердых тел, механику сплошных сред, термодинамику и статистическую механику, электродинамику (включая оптику), теорию тяготения, квантовую механику и квантовую теорию поля.

Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой стороны – вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. При этом старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется.

Ключевыми понятиями физической картины мира являются: материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственные связи в мире и их отражение в форме физических законов, место и роль человека в мире.

Важнейшим из них является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений о материи. В истории физики Нового времени это происходило два раза. В XIX в. был совершен переход от утвердившихся к XVII в. атомистических, корпускуляр­ных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX в. континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира. Рассмотрим их через призму введенных нами ключевых понятий.

Механическая картина мира

Механическая картина мира сложилась в результате научной революции XVI–XVII вв. Свой вклад в ее формирование внесли Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, П. Лаплас, И. Ньютон и многие другие ученые.

В основу новых представлений науки о мире легли идеи и законы механики, которая стала самым разработанным разделом физики. По сути дела, именно механика является первой фундаментальной физической теорией. Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц – атомов, перемещающихся в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Это корпускулярное представление о материи.

Законы механики, которые регулировали как движение атомов, так и движение любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса. Универсальным свойством тел является тяготение.

Решая проблему взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.

Концепция дальнодействия основана на понимании пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и абсолютного времени. Абсолютное пространство представлялось большим «черным ящиком», универсальным вместилищем всех материальных тел в природе. Но даже если бы все эти тела вдруг исчезли, абсолютное пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и абсолютное время. Оно становилось универсальной длительностью всех процессов во Вселенной. И абсолютное пространство, и абсолютное время существуют совершенно независимо от материи.

В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира.

Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие или отсутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица Земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало.

На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.

В то же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением природы как системы материальных точек, что полностью соответствовало корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды. Оно понадобилось для объяснения световых явлений. Так в физике появилось понятие эфира – особо тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. Это уже были не корпускулярные, а континуальные представления о материи.

В XVIII веке появилось учение о невесомых веществах. В его рамках были введены понятия электрической и магнитной жидкостей, теплорода, флогистона. Они также были особыми разновидностями сплошной материи. Этого требовала механистичность классической науки, распространявшая принципы и подходы механики на другие разделы науки.

Таким образом, хотя механический подход к этим явлениям оправдывал себя не в полной мере, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира.

В XIX веке в физике наступил кризис, который был вызван исследованиями и открытиями в области электричества и магнетизма. Тогда стало ясно, что противоречия между опытными данными и механической картиной мира стали слишком острыми. Физика нуждалась в существенном изменении своих взглядов на мир.

Электромагнитная картина мира

Основы новых представлений о материи были заложены в работах X. Эрстеда и А. Ампера в конце XVIII – начале XIX века. Затем, в процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений, М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Открыв явление электромагнитной индукции, он сделал вывод, что огромную роль в передаче электрических и магнитных сил играет среда. Одним из первых идеи Фарадея оценил Д. Максвелл, создавший электромагнитную теорию в середине XIX века. Тем самым было завершено создание электродинамики, еще одной фундаментальной физической теории.

Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля – сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.

Дж. Максвелл (1831–1879)

Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы – движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики. Они известны как уравнения Максвелла. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.

Таким образом, были выдвинуты новые как физические, так и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменившие прежнюю механическую картину мира. Разумеется, нельзя сказать, что эти изменения были кардинальны, так как они осуществились в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.

Новая картина мира требовала нового решения проблемы физического взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия. Он утверждал, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке, непрерывно и с конечной скоростью.

Ньютоновская концепция абсолютного пространства и абсолютного времени не подходила к новым полевым представлениям о материи, так как поля не имеют четко очерченных границ и перекрывают друг друга. Кроме того, поля – это абсолютно непрерывная материя, поэтому пустого пространства просто нет. Так же и время должно быть неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Было ясно, что пространство и время должны перестать быть самостоятельными, независимыми oт материи сущностями. Но инерция мышления и сила привычки были столь велики, что еще долго ученые предпочитали верить в существование абсолютного пространства и абсолютного времени. Лишь к началу XX века эти взгляды уступили место относительной концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга.

Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Эти взгляды лишь упрочились после появления дарвиновской теории эволюции. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество, магнетизм, свет объяснялись на основе одних и тех же законов.

Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности, что наглядно показало переходный характер новой картины мира. Так, согласно электромагнитной картине мира заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории X. Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира стала рассматриваться в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой.

Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона–Морли, в которых пытались обнаружить «эфирный ветер». Свет в то время считали электромагнитными волнами, которые распространялись в особой среде – эфире. Наблюдатель на Земле перемещается относительно эфира вследствие движения Земли, а потому воспринимаемая скорость света должна зависеть от скорости движения планеты. Это и было явление «эфирного ветра», поиск которого продолжался в целом ряде опытов вышеназванных ученых. Несмотря на все повышавшуюся точность измерений (первый опыт был проведен в 1881 г., а последний – в 1963 г.), данного явления обнаружить не удалось. Это заставило усомниться в существовании эфира.

Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили X. Лоренц и А. Пуанкаре, чьи работы завершают до-эйнштейновский период развития физики. Речь идет об электронной теории Лоренца, а также о его знаменитых уравнениях, переведенных на язык четырехмерного пространства-времени Пуанкаре, которыми позже воспользовался А. Эйнштейн в своей теории относительности.

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени. Тем самым было устранено противоречие между пониманием континуальных (полевых) представлений о материи и ньютоновской концепцией абсолютного пространства и времени.

Таким образом, к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теорий и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи.

Тем не менее, об этих мелких неприятностях физики предпочитали не думать. Они считали, что как никогда близки к решению основной задачи науки – получению абсолютной истины, раскрытию всех тайн окружающего мира. Это позволило такому известному физику, как Г. Кирхгоф, в 80-х годах XIX в. заявить, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого.

Но даже создание теории относительности не могло спасти электромагнитной картины мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной картиной и фактами, что и послужило основанием для второй глобальной научной революции, которая разрушила не только существующую картину мира, но и все здание классической науки. В ходе этой революции начала складываться современная наука и новая квантово-релятивистская картина мира.

Становление современной физической картины мира

Как уже было сказано, в конце XIX в. произошло множество открытий в самых разных областях физики, носящих революционный характер. Среди них – открытие А. Беккерелем в 1897 г. явления радиоактивности, в соответствии с которым было установлено, что радиоактивность вызвана превращением одних химических элементов в другие и сопровождается при этом испусканием альфа- и бета-лучей. Тогда же выяснилось, что атом имеет сложную структуру, и ученые начали работать над созданием модели атома. Таким образом, трансмутация элементов, о которой тысячелетиями мечтали алхимики, осуществилась. Важнейшим открытием стала идея кванта – предположение о прерывности процессов излучения, выдвинутое в 1900 г. М. Планком.

В связи с этим в начале XX века в физике существовали два, как казалось ученым, несовместимых представления о материи – корпускулярное и континуальное (полевое). Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Рушились все старые представления о мире, многим казалось, что физика зашла в тупик.

Кризис в физике пошел на спад лишь с 1913 г., когда Н. Бор предложил свою модель атома, в которой электрон, вращавшийся вокруг ядра, излучал энергию только порциями при переходе с одной орбиты на другую. Это противоречило известным законам электродинамики, но позволило сделать прорыв в науке. Началось формирование новых физических представлений о материи и движении, которые были завершены в 20-е годы созданием новых фундаментальных физических теорий – квантовой механики и квантовой электродинамики. Над их созданием, помимо уже названных ученых, работали Э. Резерфорд, Л. де Бройль, Э. Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн.

Н. Бор (1885–1962)

Важнейшими понятиями новых теорий стали: корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждой частицы материи свойств волны и частицы одновременно; соотношение неопределенностей В.К. Гейзенберга – невозможность одновременного измерения координат и импульса частицы. Эти теории характеризуются такими физическими величинами, как координаты, импульсы, энергия, момент импульса (такие же, как в классической механике). Но для характеристики состояния была предложена комплексная волновая функция. Зная ее, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины. Эволюция состояния системы определялась с помощью уравнения Шредингера. В рамках современной физики впервые были выявлены так называемые фундаментальные константы нашего мира, или мировые универсальные константы – постоянные, которые не сводимы друг к другу и имеют значение для всей наблюдаемой части Вселенной. Над перечнем этих констант работали многие крупнейшие физики, поэтому количество констант варьируется. По мнению М. Планка, существует четыре фундаментальных константы:

? скорость света в вакууме (с = 300 000 км/с), это максимальная скорость для всех возможных взаимодействий в природе;

? гравитационная постоянная (G), она используется как коэффициент пропорциональности в формуле, описывающей закон всемирного тяготения;

? постоянная Планка (h), это квант энергии, входит во все уравнения, описывающие процессы на уровне микромира;

? постоянная Больцмана (k), она устанавливает связь между микроскопическими динамическими явлениями и макроскопическими характеристиками состояния объединений частиц.

А. Эйнштейн расширил этот список универсальных констант, добавив в него: е – заряд электрона и те – масса электрона (минимально возможное значение электрического заряда, существующего в природе в свободном состоянии, и его масса). Еще одна константа – это масса протона (М).

Возможно, к этому списку добавятся еще некоторые константы такие, как фундаментальная длина (L). Но существует точка зрения, что в принципе возможно сведение всех фундаментальных постоянных к одной константе. То, что это пока не сделано, говорит лишь о недостатке наших знаний о мире.

С появлением квантово-релятивистской картины мира ушли в прошлое представления о неизменности материи, о возможности достичь конечного предела ее делимости. Сегодня мы рассматриваем материю с точки зрения корпускулярно-волнового дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость и взаимозависимость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Все они описываются на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке. При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).

Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.

Динамические и статистические законы

Наука исходит из признания того, что все существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определенных причин, что все природные, социальные и психические явления связаны между собой причинно-следственными связями, а беспричинных явлений не бывает. Такая позиция называется детерминизмом в противоположность индетерми­низму, отрицающему объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.

В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей. Открытие этих закономерностей – существенных, повторяющихся связей между предметами и явлениями – задача науки, так же, как и формулирование их в виде законов науки, которые являются нашим знанием о природных закономерностях.

Однако, как показывает история науки, никакое научное знание, никакая научная теория не могут отразить окружающий мир, его отдельные фрагменты полностью, без упрощений и огрублений действительности. То же самое касается и законов науки. Они могут лишь в большей или меньшей степени приближаться к адекватному отображению объективных закономерностей, но искажения в ходе этого процесса неизбежны. Поэтому для науки очень важно, какую форму имеют ее законы, насколько они соответствуют природным закономерностям.

Физика знает два типа физических законов (теорий) – динамические и статистические законы.

Динамический закон – это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых количественно.

Динамическая теория - физическая теория, представляющая совокупность динамических законов.

Исторически первой и наиболее простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона. Она претендовала на описание механического движения, т.е. перемещения в пространстве с течением времени любых тел или частей тел друг относительно друга с какой угодно точностью. О механике Ньютона, как и об электродинамике Максвелла, являющейся еще одной динамической теорией, мы говорили выше. Другими динамическими теориями являются механика сплошных сред, термодинамика и общая теория относительности (теория гравитации).

Долгое время считалось, что никаких других законов, кроме динамических, просто не существует. Это было связано с установкой классической науки на механистичность и метафизичность, со стремлением построить любые научные теории по образцу механики Ньютона. Представление о том, что все объективные закономерности должны выражать однозначную связь физических объектов, оставалось незыблемым.

Такая позиция, связанная с отрицанием случайностей любого рода, с абсолютизацией динамических закономерностей и законов, называется механическим детерминизмом. Формулирование этого требования в жесткой форме обычно связывают с именем Пьера Лапласа. Согласно провозглашенному Лапласом принципу, все явления в природе предопределены с «железной» необходимостью. Случайному как объективной категории нет места в нарисованной Лапласом картине мира. Только ограниченность наших познавательных способностей заставляет рассматривать отдельные события в мире как случайные. В силу этих причин, а также отмечая роль Лапласа, классический механический детерминизм называют еще жестким, или лапласовским, детерминизмом.

Необходимость отказа от классического детерминизма в физике стала очевидной после того, как выяснилось, что динамические законы не универсальны и не единственны. Более того, оказалось, что при описании движения отдельных макроскопических тел, которое всегда считалось сферой действия динамических законов, осуществление идеального классического детерминизма практически невозможно.

Кроме того, начальные параметры любых механических систем невозможно фиксировать с абсолютной точностью, поэтому точность предсказания со временем уменьшается. Для каждой механической системы существует некоторое критическое время, начиная с которого невозможно точно предсказать ее поведение.

Несомненно, что лапласовский детерминизм с определенной степенью точности отражает реальное движение тел, и в этом отношении его нельзя считать ложным. Но мы должны признать, что жесткий механический детерминизм очень сильно огрубляет реальные природные процессы. Реальная действительность намного разнообразнее, а жесткий детерминизм отражает лишь отдельные ее стороны. Мы должны постоянно помнить об этом и не допускать абсолютизации классического детерминизма.

В середине XIX в. в физике были сформулированы законы, предсказания которых не являются определенными, а только вероятными. Они получили название статистических законов.

Представление о законах и закономерностях особого типа, в которых связи между величинами, входящими в теорию, неоднозначны, впервые ввел Максвелл в 1859 г. при построении статистической механики – первой фундаментальной теории нового типа. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц (в данном случае – молекулы газа в сосуде), нужно ставить задачу иначе, чем в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввел в физику понятие вероятности, выработанное ранее математиками при анализе случайных явлений, в частности азартных игр.

При бросании игральной кости, как мы знаем, может выпасть любое число очков от 1 до 6. Предсказать, какое число очков выпадет при данном броске кости, нельзя. Мы можем подсчитать лишь вероятность выпадения любого числа очков. В данном случае она будет равна 1/6. Эта вероятность имеет объективный характер, так как выражает объективные отношения реальности. Действительно, если мы бросим кость, какая-то сторона с определенным числом очков выпадет обязательно. Это такая же строгая причинно-следственная связь, как и та, что отражается динамическими законами, но она имеет другую форму, так как показывает вероятность, а не однозначность события.

Проблема в том, что для обнаружения такого рода закономерностей обычно требуется не единичное событие, а цикл подобных событий. В данном случае мы можем получить статистические средние значения. Так, если бросить кость 300 раз, то среднее число выпадения любого значения будет равно 300 ? 1/6 = 50 раз. При этом совершенно безразлично, бросать одну и ту же кость или одновременно бросить 300 одинаковых костей.

Статистические законы, в отличие от динамических законов, отражают однозначную связь не физических величин, а статистическое распределение этих величин. Результат, изменение состояния, которое определяется на основе соответствующих уравнений, также выражается не значениями физических величин, а вероятностями этих значений внутри заданных интервалов. Но это такой же однозначный результат, как и в динамических теориях. Ведь статистические теории, как и динамические теории, выражают необходимые связи в природе, а они не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний. Различается только способ фиксации этих состояний.

На уровне статистических законов и закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью. Но это иная, более глубокая форма детерминизма. В отличие от жесткого классического детерминизма, он может быть назван вероятностным (современным) детерминизмом. Эти законы меньше огрубляют действительность, имеют менее сильные гносеологические предпосылки, поэтому они способны учитывать и отражать те случайности, которые происходят в мире.

Сегодня любой известный в природе процесс более точно описывается статистическими законами. Но окончательно это стало ясно после создания квантовой механики – статистической теории, описывающей явления атомарного масштаба, то есть движение элементарных частиц и состоящих из них систем. Тогда была выяснена принципиальная невозможность динамического описания этих процессов.

www.libsid.ru

Единство мира - Закон Природы

"Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого" (Эрнест Мах)  С момента формирования Вселенной материя, по утверждениям астрофизиков, начала со временем концентрироваться в упорядоченные галактические структуры. В рамках концепции горячей Вселенной, то есть с момента "Большого Взрыва", ее начальным состоянием была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи и энергии. Конкретные свойства точки сингулярности ученым неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярность. Некоторые современные ученые, такие как Дэвид Бом и Стивен Хоукинг выдвинули гипотезу, что сингулярность отсутствовала и Вселенная образовалась из пустоты, то есть из ничего.  Созвучна их предположениям и инфляционная модель зарождения Вселенной, развитая в последние десятилетия в работах ряда ученых, например, А.Гута и А. Линде, как попытка разрешения, в частности, и проблемы сингулярности. Согласно этой модели Вселенная взрывообразно стала развиваться из физического вакуума, то есть, по сути, из пустоты. В первую триллионную долю секунды загадочная антигравитационная сила вынудила Вселенную расширяться со скоростью, намного превышающей скорость света. При этом противоречия с теорией относительности в такой модели нет, коль скоро расширялось пустое пространство. Сама по себе антигравитация не должна восприниматься как нечто чудесное, так как в рамках общей теории относительности Эйнштейна источником гравитационного поля является не только вещество, но и давление (поток импульса). Нет физического закона, который бы запрещал иметь отрицательное давление. Более того, современная физика элементарных частиц предполагает существование скалярных полей, одной из особенностей которых является реализация отрицательного давления.  Итак, благодаря инфляции, изначально однородная область физического вакуума за ничтожную долю секунды возросла более чем в 10 в минус тридцать пятой степени раз и достигла размера не менее 100 см в поперечнике. Квантовые флуктуации в ходе инфляции создали участки неоднородности, способствовавшие рождению и объединению материи, а также формированию в течение миллиарда лет галактических структур в соответствие с моделью горячей Вселенной. Процесс расширения продолжается и сегодня.  Представленная модель зарождения Вселенной признается сегодня многими космологами, как наиболее приемлемая. Однако эта модель не является бесспорной и может рассматриваться лишь в рамках рабочей гипотезы. В связи с этим астроном Дэвид Дарлинг предостерегает: “ не позволяйте толкователям космологии одурачить вас. У них тоже нет ответов на многие базовые вопросы – хотя они хорошенько поработали над тем, чтобы убедить всех, и себя в том числе, в том, что им все ясно... На самом же деле объяснение того, как и откуда все началось – до сих пор серьезная проблема. Не помогает даже обращение к квантовой механике. Либо не существовало ничего, с чего все могло бы начаться – ни квантового вакуума, ни прегеометрической пыли, ни времени, в котором могло происходить что-либо, ни каких бы то ни было физических законов, в соответствии с которыми ничто могло превратиться в нечто. Либо же существовало нечто, и в этом случае оно требует объяснения”  Действительно, первый закон термодинамики гласит: нельзя получить что-либо из ничего. То же самое касается и порядка из взрыва? Согласно второму закону термодинамики порядок, наблюдаемый как во всей Вселенной, так и в нашей Солнечной системе, не может быть следствием лишь взрыва. Взрыв не ведет к порядку. Для того чтобы получить некий порядок, необходимо введение не только энергии, но и информации. По-видимому прав был известный астроном Фред Хойл, когда писал:” Картина Вселенной, образования галактик и звезд, по крайней мере как она предстает в астрономии, удивительно нечетка, как пейзаж, видимый в тумане... Очевидно, что в изучении космологии упущен один компонент – тот, что предполагает наличие информации“  Однако ученым потребовалось затратить огромные интеллектуальные и материальные ресурсы, чтобы прийти к удивительному выводу о "рождении" мира из "ничего". Любопытно, что научный мир с этой гипотезой задержался почти на 500 лет. Процесс сотворения Вселенной был подробно описан великим Ари еще в 16 веке в книге "Древо жизни". Он в частности писал, что …до начала образования Вселенной был лишь Высший, все собой заполняющий, однородный свет, у которого не было ни границы и ни времени. Для создания Вселенной свет равномерным сжатием вокруг некоторой точки сократил себя и образовал пустое пространство в форме круга. Затем из малой искры прямого луча, протянувшегося от бесконечного света внутрь созданного пустого пространства, в центре зияющей пустоты был сотворен наш материальный мир...  Можно предположить, что Ари здесь говорит о поле информации, поле Разума, называемом полем света, из малой порции которого образовалась плоская Вселенная ( в плоскости круга), то есть окружающий нас материальный мир. Скорее всего, Фред Хойл именно этот компонент имел в виду. Как видим, современная физика с использованием инфляционной модели рождения Вселенной очень близко подошла к модели Ари, за исключением начального (нулевого) момента, о котором у ученых нет приемлемых гипотез.  Но, несмотря на все нестыковки, сегодня принято считать, что 13.7 миллиардов лет назад, в момент рождения, вся Вселенная была заключена в точке радиусом 10 в тридцать третьей степени см, что неизмеримо меньше радиуса протона, равного 10 в тринадцатой степени см. В этом объеме уже была заложена вся информация о будущем Вселенной. Лишь 3-5% Вселенной - привычная материя из барионов (протоны, нейтроны, электроны и кванты света). На 70% Вселенная состоит из вещества с положительной плотностью энергии и отрицательным давлением. Это вещество называют "темной энергией". Еще на 25% Вселенная - частицы неизвестной природы, которые не открыты, то есть "темная материя".  Многие космологи убеждены, что наблюдаемая часть сформировавшейся структуры Вселенной является в большом масштабе пространственно однородной и плоской. Они говорят, что множество галактик и их скоплений формируют ячеистую структуру Вселенной по типу пчелиных сотов. Так, например, астроном X. Альвен пишет, что космическое пространство обладает ячеистой структурой. Сами ячейки, видимо, имеют характерный размер в десятки мегапарсек (мегапарсек – астрофизическая единица расстояния, немного более 3 миллионов световых лет, а световой год равен примерно 103 млрд. км). Они занимают до 50% объема Вселенной и не содержат вещества, которое бы испускало электромагнитное излучение. Стенки же между ячейками, сформированы, видимо, как самими галактиками, так и звездными, газовыми и пылевыми перемычками между галактиками, или их скоплениями. Толщина стенок насчитывает несколько мегапарсек. Галактики, например Млечный Путь, — гравитационно-связанные системы из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс.  Кстати, эффект ячеистого структурирования был открыт российскими учеными и при исследовании геолого-геофизического строения Земли, а также биологических объектов. Так, по мнению ученого Н. Гончарова, тепловая и гравитационная конвекция делит всю земную кору на 60 конвективных ячеек. Более того, как предполагают геологи, подобная ячеистая структура присуща Марсу, Венере, Луне, Солнцу и вообще всем объектам космоса. Что же касается биологических объектов, то, например, колонии одноклеточных водорослей в аквариуме иногда выстраиваются в ячеистую структуру, подобную пространственному распределению метагалактик.  В качестве наглядного примера образования конвективных ячеек можно привести случай структурирования слоя масла на нагретой сковородке. Хозяйки наверняка замечали, что при достаточно высокой температуре тонкий слой нагретого масла на сковороде преображается: вся поверхность разбивается на правильные шестигранные или цилиндрические ячейки. Структура на сковороде становится очень похожей на пчелиные соты. То есть одни и те же закономерности проявляются в самых разных природных явлениях: в формировании всей Вселенной, отдельных её элементов, а также в биологических объектах, что явно свидетельствует о единстве законов мироздания.  Если из космоса спуститься на Землю, то можно проследить закономерности объединения и в образовании окружающих нас материальных структур. Так все твердые структуры неживой природы имеют кристаллическую решетку, в узлах которой располагаются атомы, сформированные из микрочастиц. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. По величине протоны чуть больше нейтронов. При этом вес протона должен быть именно такой, какой он есть. В противном случае даже превышение веса на 0.2 % приведет к распаду протона на нейтрон, позитрон и нейтрино. Поскольку в ядре атома водорода лишь один протон, то в результате его распада существование органических молекул, воды и звезд было бы невозможно, а следовательно и наша жизнь тоже.  Сами атомы расположены на огромных, по сравнению с их собственными размерами, расстояниях. В свою очередь и они сами состоят практически из пустого пространства. Атомное ядро занимает всего лишь одну триллионную часть всего объема атома. Остальное пространство атома занято электронным облаком, про носителей которого можно сказать, что они занимают какой-то объем чисто условно.  Таким образом, вещественная материя и в атоме, и во Вселенной занимает незначительную часть общего объема. Вот что сказал по этому поводу лауреат Нобелевской премии по физике, астрофизик Джон Мазер: "Звезды находятся на очень большом расстоянии друг от друга, атомы тоже практически пусты. Расчеты показывают, что вся современная Вселенная вполне способна уместиться в небольшом объеме первичной материи".  То есть материя представляет собой скорее крохотные островки субстанции в океане пустоты, нежели твердое вещество, воспринимаемое нашими органами чувств. Да и природа этих островков - элементарных частиц выходит за рамки обыденного здравого смысла. По современным представлениям их следует рассматривать в качестве эфемерных сгустков энергии, которые удивительным образом одновременно сочетают в себе корпускулярные и волновые свойства. Само понятие волны или колебания носит в физике абстрактный характер. Это лишь некоторое "движение материи". Даже при температуре абсолютного нуля атомы в телах не прекращают своих колебательных движений.  Следовательно, наша Вселенная "соткана как единое динамическое полотно" из силовых физических полей неразрывно связанных друг с другом. На сегодня физики достаточно подробно описали лишь электромагнитное поле, поле ядерных сил (сильных взаимодействий) и поле слабых взаимодействий. О гравитационном поле известно только его присутствие и действие на нас, без понимания физики. О других полях, таких, например, как поле "темной энергии" и прочих есть лишь предположения. Высказывается гипотеза, что поле "темной энергии" – это поле информации. Однако сегодня пока не ясно, каким образом информация переходит в энергию. Тем не менее, у науки нет сомнений в том, что скрепляющим раствором для Вселенной являются в частности названные силовые поля, объединяющие все её элементы в удивительно целостную, единую структуру. Четырем известным силовым взаимодействиям соответствуют четыре фундаментальные численные величины, именуемые универсальными мировыми константами.  Любопытно, что физика и космология уже вплотную приблизились к признанию того, что материальные макроскопические тела неразрывно связаны названными мировыми константами (силовыми взаимодействиями) со своим окружением. Их свойства могут восприниматься лишь в терминах взаимосвязи с окружающим миром. В соответствии с принципом Маха, "взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную в целом, включая наиболее удаленные звезды и галактики. Это неразрывное единство мироздания проявляется как в мире бесконечно малого, так и в мире сверхбольшого".  По словам Фреда Хойла, "современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной, и, если бы эти части каким-то чудесным образом были изъяты из нашего мира, то все наши представления о пространстве и геометрии моментально утратили бы свой смысл. Наши повседневные впечатления до самых мельчайших деталей настолько тесно связаны с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже представить себе, что одно может быть отделено от другого".  Действительно, наш мир очень "чувствителен" к значениям указанных выше четырех мировых констант, поскольку все основные особенности реального мира (размеры ядер, атомов, планет, звезд и т. д.) напрямую зависят от их величин. Само существование мира обусловлено выполнением очень жестких соотношений между ними. Ничтожные, с человеческой точки зрения, отклонения от наблюдаемой удивительно сложной и невероятно точной числовой соразмеренности значений мировых констант привели бы к фатальным последствиям для существующей Вселенной. Ее природа была бы такова, что в ней невозможна была бы жизнь. (читатели, мало знакомые с удивительной сбалансированностью Вселенной и приспособленностью Солнечной системы для нашей жизни найдут подробные сведения в статье С. Белицкого "Пепел потухших звезд"). Следовательно, Вселенную нельзя себе представить, состоящей из некоторых первичных “кирпичиков”, которые могут существовать отдельно и независимо друг от друга.  По этому поводу принстонский физик и коллега Эйнштейна, Дэвид Бом сказал: "Вселенная со всеми своими элементами, включая нас самих, в действительности является гигантской целостной системой, в которой все взаимозависимо, что далеко не всегда очевидно. Все, что доступно осязанию и существует в мире обособленно — скалы, океаны, леса, животные и люди, — представляет собой видимый уровень мироздания. Однако все эти вещи и явления только кажутся обособленными, в действительности же они связаны между собой на глубинном уровне высшей целостности — скрытого порядка, который просто не доступен нашим органам восприятия. Мир подобен гигантской космической голограмме".  В голограмме любая часть объекта содержит весь объект в уменьшенном виде. С точки зрения Бома, все, что мы можем наблюдать в окружающем мире, — это проекции чего-то гораздо более реального, происходящего на глубинном уровне мироздания в области скрытого и подлинного бытия. Согласно такому подходу, "как вверху, так и внизу", "как внутри, так и вовне". Иными словами, любая система состоит из систем меньшего масштаба, по сути, ей идентичных.  Удачный пример голограммы — элегантная простота человеческого тела. Из какой бы его части мы ни взяли молекулу ДНК — из волоса, пальца руки или из капли крови, она будет содержать генетический код всего организма. В ней всегда и в неизменном виде обнаруживается генетическая модель всего человека.  Видимо прав был отец квантовой теории Макс Планк, шокировавший в 1944 году ученый мир заявлением о том, что "существует некая "матрица", в которой берут свое начало новые звезды, ДНК и даже сама жизнь". При этом все они соответствуют единому скрытому порядку - порядку целостности и единства. Другими словами, существует некий Высший (относительно нашего уровня понимания) закон природы, являющийся более общим для всего нашего мироздания. Вот что сказал об этом Грэгг Брейден: "недавние исследования с очевидностью подтверждают, что матрица Макса Планка действительно существует. Чтобы подключиться к ее силе, мы должны понимать, как она устроена, и научиться говорить на понятном ей языке".

Юрий Ядыкин

Единство мира - Закон Природы

www.my-works.org

Смотрите также

• 
  Нравы и быт русского дворянства в 18 веке реферат
• 
  Клеточная теория строения организмов история и современное состояние реферат
• 
  Государственные гарантии прав граждан рф в области образования реферат
• 
  Реферат по экономике на тему конкуренция и ее виды
• 
  Начало реформации в европе обновление христианства 7 класс реферат
• 
  Реферат научно технический прогресс и среда обитания современного человека
• 
  Реферат на тему частная собственность как основа рыночной экономики
• 
  Атлетическая гимнастика и ее влияние на организм человека реферат
• 
  Реферат на тему качество сырья как залог полноценного питания
• 
  Реферат на тему история открытия слова о полку игореве
• 
  Прыжок в длину с разбега способом согнув ноги реферат