1. Понятие научной картины мира
Под научной картиной мира классики естествоиспытатели понимают систематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества. Огромен и разнообразен окружающий нас мир природы. Но каждый человек должен пытаться познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, мы из частных знаний о явлениях и закономерностях природы пытаемся создать общее — научную картину мира. Содержанием ее являются основные идеи наук о природе, принципы, закономерности, не оторванные друг от друга, а составляющие единство знаний о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развития науки и культуры человечества.
В каждый период развития человечества формируется научная картина мира, которая отражает объективный мир с той точностью, адекватностью, которую позволяют достижения науки и практики. Кроме того, картина мира содержит и нечто такое, что на данном этапе наукой еще не доказано, т. е. некоторые гипотезы, предвидения, которые в будущем могут прийти в противоречие с опытом и достижениями науки, так что некоторые места в картине мира придется дополнять.
Научная картина мира уточняется и развивается на протяжении многих веков — проникновение в сущность явлений природы — бесконечный, неограниченный процесс, поскольку материя неисчерпаема. С развитием науки представления людей о природе становятся все более глубокими и адекватными, все более отражающими истинное, реальное состояние окружающего мира. Неплохо об этом сказал В. И. Ульянов*: «… человеческое мышление по природе своей способно давать и дает нам абсолютную истину, которая складывается из суммы относительных истин. Каждая ступень в развитии науки прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины, но пределы истины каждого научного положения относительны, будучи то раздвигаемы, то суживаемы дальнейшим ростом знания».
Мы рассматриваем физические, химические, биологические науки. Общей формой систематизации, которая осуществляет синтез результатов этих наук со знаниями мировоззренческого порядка, является естественнонаучная картина мира. Это синтетическое, систематизированное и целостное представление о природе на данном этапе развития научного познания. Ядром естественнонаучной картины мира служит картина мира лидирующей на данном этапе развития науки — физики, т. е. физическая картина мира. Участие биологии в формировании естественнонаучной картины мира заключается в обосновании идеи сохранения, в разработке принципов эволюции, в решении проблемы человека как биосоциального существа. Таким образом, мы будем в основном рассматривать объединение знаний на основе физической картины мира, но это совсем не значит, что формируется она только на уроках физики.
Не только физические, но и многие химические и биологические явления невозможно объяснить, не обращаясь к основным закономерностям и теориям, которые изучаются на уроках физики. Да это и понятно: ведь физика изучает наиболее простые и наиболее общие виды движения материи, которые лежат в основе более сложных видов, изучаемых на лекциях по химии и биологии.
Чтобы понять современную научную картину мира, надо знать, как она развивалась.Начало развития научных представлений о мире восходит к VII-VI вв. до н. э. Это было время рабовладельческого общества, в котором обращение к физическому труду наказывалось презрением; поэтому природа исследовалась силой ума, а опыты игнорировались. Научные обобщения строились на начальных наблюдениях, в красочных картинах мира было еще много наивного, часто рядом с реальным отражением действительности в них уживался вымысел, который сегодня нам кажется несовместимым с мудростью древних мыслителей.*
В период развития феодального общества наряду с земледелием развивается ремесленничество, появляются мануфактуры. Их рост создает предпосылки для возникновения науки, опирающейся на эксперимент. Вначале опыты были примитивными и проводились без всякой системы — это было время «ползучего эмпиризма», но они подготавливали почву для новых опытов, приводили к открытию закономерностей, которые использовались для объяснения явлений природы, построения картины мира. В это время производство было примитивным; основным видом движения, с которым оно имело дело, было механическое движение. Естественно, что первыми были открыты и исследованы законы механики, они стали основой научного объяснения мира: XIV-XVIII вв. — это время расцвета механической картины мира.
XVIII в.- век промышленного переворота в Англии и буржуазной революции во Франции, начало расцвета капитализма. Развитие техники ставит вопрос о мощных источниках энергии, стимулирует их поиски. В связи с этим появляются новые отрасли знания — учение о теплоте, электричестве, магнетизме. Выяснение природы соответствующих явлений приводит к появлению гипотез о различных «невесомых» материях: теплороде, флогистоне, электрических и магнитных жидкостях. Подготавливается почва для возникновения представлений об электромагнитном поле, которые прийдут в науку с открытием Фарадея. С его именем связан последующий переломный этап классической физики. Открытие электромагнитного поля изменило взгляд на мир — механическая картина мира,, согласно которой мир представлялся состоящим из пустоты и неизменных, не имеющих внутренних различий (бескачественных) частиц, пребывающих в бесконечном механическом движении, сменяется электродинамической картиной мира. Согласно этой картине в мире нет пустоты, он заполнен электромагнитным полем, все явления объясняются взаимодействием электрических зарядов.
С 1910 г. в науку начинают входить квантовые представления, представления о корпускулярно-волновом дуализме элементарных частиц и наступает время новой, современной картины мира.
2. Картины мира мыслителей древности
Первые картины мира, дошедшие до нас из глубины веков, созданы в период от 600-х до 500-х гг. до н. э. Древние мыслители каждый по-своему искали единое в многообразии явлений окружающего мира.
Родоначальник греческой науки Фалес, основатель философской школы в Милете, полагая началом всего воду, считал, что Вселенная в процессе зарождения возникла из воды. Диоген Лаэртский, историк древности, писал о Фалесе: «Началом всего он полагал воду, а мир считал одушевленным и полным божеств». Действующие в мире силы Фалес отождествлял с «душами», а также с богами. Например, по его мнению, магнит имеет душу, потому что он притягивает железо. Фалес учил, что все знания надо сводить к единой основе: «Многословие вовсе не является показателем разумного мнения».
Другой мыслитель древности — Анаксимандр первоначалом всего сущего считал «апейрон» — некое бесконечное и неопределенное начало. Все состоит из алейрона и из него возникает. Части изменяются, целое же остается неизменным. Апейрон все из себя производит сам. Находясь во вращательном движении, апейрон выделяет противоположности — влажное и сухое, холодное и теплое. Парные комбинации этих главных свойств образуют землю, воду, воздух и огонь. Земля оказывается в центре как самое тяжелое, она окружена водной, воздушной и огненной сферами. Под действием небесного огня часть воды испаряется и из Мирового океана выступает часть суши. Вокруг Земли расположены три кольца, как ободы колеса. В нижнем ободе множество отверстий, сквозь которые просматривается заключенный в нем огонь,- это звезды. В среднем ободе одно отверстие — это Луна. В верхнем также одно — Солнце. Ободы вращаются вокруг Земли, с ними вращаются и отверстия — так объяснялось движение Солнца, Луны и звезд. Отверстия способны частично или полностью закрываться — таким образом объясняли солнечные и лунные затмения.
Живое зародилось на границе моря и суши из ила под воздействием небесного огня. Первые существа жили в море, затем некоторые из них вышли на сушу, сбросили чешую и стали сухопутными животными. Человек зародился в громадной морской рыбе и уже взрослым вышел на сушу, потому что без родителей он бы не выжил. Такой была картина мира Анаксимандра. Нам она кажется абсурдной, в ней не сходятся концы с концами, но это была первая попытка научного объяснения мира: ведь богам в этой картине нет места и сферы деятельности.
Анаксимен, ученик и последователь Анаксимандра, все формы природы сводил к воздуху. Он считал, что все тела возникают из воздуха через его разрежение и сгущение и превращаются снова в воздух; что небесные тела движутся не над Землей, а вокруг нее; что Солнце — это Земля, которая раскалилась от своего быстрого движения.
Анаксагор — слушатель Анаксимена, как пишет о нем Диоген Лаэртский. В центре внимания Анаксагора проблема качественного превращения тел («Каким образом из не-волоса мог возникнуть волос и из не-мяса-мясо?»), у него можно найти в зародыше идеи строения мира из элементов («Кости состоят из маленьких косточек, внутренние органы — из таких же маленьких органов; кровь — из бесчисленного множества капелек крови; золото — из кусочков золота; земля — из мелких земель, огонь — из огней, влага-из влаг, подобным же образом и все остальное»). Анаксагор считал, что вначале мир был в состоянии хаоса, все «семена» в нем были перемешаны (под «семенами» он понимал первичные, самые мелкие частицы), затем они разделились и из них образовались вещи. Анаксагор учил, что Луна, Солнце, планеты и звезды являются раскаленными камнями, что «ветры возникают оттого, что солнце разрежает воздух, молнии есть трение туч». Так думал человек, который жил более 2000 лет тому назад.
В системе мира Гераклита роль единой субстанции играет огонь, вечно движущийся, вечно развивающийся. Источником движения Гераклит считал борьбу противоположностей. Мир — это непрерывное развитие, непрерывное изменение, обновление существующего. В этом непрерывном изменении огонь становится водой, вода — землей, и обратно: земля — водой, вода — огнем. Оба противоположных процесса существуют вместе: «путь вверх и вниз — один и тот же».
Другой мыслитель древности Эмпедокл в качестве первоначала мироздания принимал четыре стихии — землю, воду, воздух и огонь, которые считал пассивными, а все процессы в мироздании объяснял борьбой двух антагонистических начал — любви (сила притяжения) и ненависти (сила отталкивания). Он считал, что любовь и ненависть попеременно одерживают верх, вследствие чего мироздание проходит последовательно четыре фазы космического цикла. Эмпедокл четко высказывает идею сохранения тождественной себе субстанции.
Послушайте, как убедительно звучат его слова: «Сумасшедшие считают, что может возникнуть что-то, чего никогда не было, или исчезнуть без следа что-то существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешивания и разделения соединенного. Только неучи называют это рождением и смертью».
Основатель античной атомистики Демокрит полагал, что «начала Вселенной суть атомы и пустота». Атомы Демокрит представлял как неделимые, плотные, непроницаемые, не содержащие в себе никакой пустоты частицы, они могут иметь самую разнообразную форму (шарообразную, угловатую, вогнутую, выпуклую и т.д.). В этом он видел объяснение разнообразия явлений и их противоположностей друг другу. Атомы «вихрем несутся во Вселенной и порождают все сложное-огонь, воду, воздух, землю,- ибо все они суть соединения каких-то атомов, которые не подвержены воздействиям и неизменны в силу своей твердости». Демокрит и другие греческие атомисты считали, что движение — вечное свойство вечных атомов. Атомы бескачественны, т. е. лишены цвета, запаха, вкуса и т. д. Все эти качества возникают в субъекте в результате взаимодействия атомов с органами чувств. Атомисты первыми стали учить о субъективности чувственных ощущений.
Мир в целом для атомистов — беспредельная пустота, наполненная многими мирами, число которых бесконечно, потому что они образованы бесчисленным множеством атомов самых различных форм. Земля одинаково удалена от всех точек области космоса, а поэтому неподвижна; вокруг нее движутся звезды.
В вопросе о происхождении жизни Демокрит придерживался материалистических взглядов Анаксимандра и Эмпедокла. Живое возникло из неживого вследствие действия законов природы, без всякого творца. Согласно Демокриту, после образования Земли поверхность ее вздулась, образовав покрытые тонкой кожицей гнилостные пузыри, внутри которых были живые плоды. После того как пузыри увеличились и лопнули, из плодов образовались люди и животные. Демокрит пытался объяснить, почему в его время не рождаются живые существа из пузырей Земли: Земля уже не та, и небо не то; только иногда можно заметить, как в гниющей земле зарождаются живые существа. Это ошибочное мнение о самозарождении червей, гусениц, насекомых долго бытовало в науке. Так, у Овидия можно прочитать: «Из павших кон^й боевых черно-желтые шершни родятся».
Говоря о картинах мира, созданных древними мыслителями, более подробно следует остановиться на картине мира, которую создал Аристотель. Эта картина мира продержалась в науке почти два тысячелетия.
Аристотель — древнегреческий философ и ученый. Всеобъемлющий ум, мудрость и авторитет Аристотеля содействовали тому, что его учение так долго господствовало в науке. Его труды насчитывают много томов, их можно считать энциклопедией научных знаний того времени: в них встречаются рассуждения, относящиеся к физике, космогонии, биологии, метеорологии, математике, политике, этике, риторике и др.
Обратимся к физическим воззрениям Аристотеля и постараемся понять, почему его космогония и физика оказались чрезвычайно удобными для церкви.
Мир Аристотеля состоит из пяти стихий — земли, воды, воздуха, огня и эфира. Материя в его понимании — это то, «из чего вещь состоит», и то, «из чего вещь возникает». Материя у Аристотеля делима до бесконечности, он не признает пустоты. Все многообразие веществ на земле Аристотель конструирует из таких активных качеств, как холодное и теплое, и таких пассивных, как сухое и влажное. Земля — сочетание холодного с сухим, огонь — теплого с сухим, воздух — теплого с влажным, вода — холодного с влажным. Эти четыре элемента существуют в мире, где все бесконечно меняется, где наблюдаются различные виды движения: возникновение, уничтожение, перемещение в пространстве пре-рывное и непрерывное, равномерное и неравномерное.
В небесном мире все тела состоят из некоего вещества — эфира, который заполняет все пространство над землей, водой, воздухом и огнем. Эфир вечен, он не меняется и не превращается в другие элементы. Небесные тела движутся, совершая непрерывные круговые движения.
Вселенная Аристотеля конечна, ее ничто не объемлет, вне ее находится только перводвигатель — бог. Бог Аристотеля безличный. Под его жизнью Аристотель понимает деятельность его разума, сам бог и есть чистый деятельный разум. Представления Аристотеля о боге весьма не конкретны. Но Аристотель не мог обойтись без бога, так как без него он не мог объяснить движение звезд, планет, Луны и Солнца. Согласно Аристотелю, все небесные тела прикреплены к сферам, движутся не сами тела, а эти эфирные сферы.* Первую сферу, на которой находятся звезды, движет бог, движение первой сферы передается другим сферам, все ниже и ниже, вплоть до Земли, где вследствие несовершенства подлунных элементов совершенное круговое движение распадается на множество несовершенных. Космос Аристотеля вечен во времени и вечно его движение, но вечность движения — результат вечной деятельности бога.
Одна из центральных проблем, которая занимала Аристотеля,- проблема механического движения. Основным положением его механики является утверждение: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие...»**. Очевидно? Конечно. Прекратите двигать книгу, и она будет спокойно лежать на столе. Перестаньте тянуть санки, и они остановятся. Но очевидность не всегда доказательство истины. Вчитайтесь еще раз в тезис Аристотеля: утверждение, заключающееся в нем, совершенно не учитывает проявления инерции. Нам понятно, что для движения тела, которое находится вне действия других тел, не надо никакой движущей силы, оно будет двигаться равномерно и прямолинейно сколь угодно долго уже потому, что существует и обладает массой. Но Аристотель не увидел проявления инерции в окружающем мире, он заставил бога денно и нощно вращать небосвод. В объяснении, например, движения стрелы, выпущенной из лука, Аристотель исходил из утверждения, что природа «боится пустоты»: стрела выталкивает воздух и воздушные массы, устремляясь в пустоту, образовавшуюся за стрелой, толкают ее.
Натурфилософские взгляды древних греческих мыслителей кажутся нам наивными. Но именно греческими учеными были поставлены все основные проблемы, касающиеся развития естествознания, строенияяматерии и материального мира, проблема движения, проблемы жизни и эволюции и др.
3. Эволюция механической картины мира
Первый сокрушительный удар по системе мира Аристотеля нанес выдающийся польский ученый Николай Коперник. В мае 1543 г. увидело свет его сочинение «О вращениях небесных сфер». В обращении к читателю, напечатанном на титульном листе, автор указывал, что в книге рассмотрены движения звезд и планет, «представленные на основании как древних, так и современных наблюдений; развитые на новых и удивительных теориях». Обращение заканчивалось словами: «Поэтому, усердный читатель, покупай, читай и извлекай пользу. Да не входит никто, не знающий математики». С выходом этой книги в науке началось формирование представлений о гелиоцентрической системе мира.
В системе мира Коперника Земля вращается вокруг своей оси и вместе с другими планетами вокруг Солнца. Сфере звезд Коперник приписал покой. Так Земля перестала быть центром мироздания, стала обычной планетой Солнечной системы. Эти взгляды противоречили вековым, установившимся представлениям о мире, поддерживаемым не только наукой, но и церковью. К отрицанию системы мира, созданной Аристотелем, Коперника привели размышления над этой системой: диаметр сферы, на которой укреплены звезды, огромен, поэтому она должна иметь невероятно большую скорость, чтобы успеть обернуться вокруг Земли за сутки. Почему природа именно так устроила мир? Не проще ли было Земле вращаться вокруг своей оси, ведь эффект был бы тот же… И Коперник приходит к выводу, что вращается Земля.
«Почему не признать,- пишет он,- что небу принадлежит только видимость суточного обращения, действительность же его — самой Земле, так что здесь происходит то, о чем сказано в «Энеиде» Вергилия: «От гавани мы отплываем, а земли и села от нас убегают. Ибо когда корабль движется спокойно, то все, что находится вне его, представляется морякам таким, как если бы все это двигалось по подобию корабля: самих себя и все, что при них, они считали покоящимися». Так в науке вместе с гелиоцентрической картиной мира появляется идея относительности механического движения.
Сам Коперник мало успел сделать, чтобы утвердить свое учение, он боялся церкви и не спешил обнародовать свои идеи. Однако великое творение Коперника сыграло огромную роль не только в истории естествознания, но и в истории мировой науки. Ф. Энгельс так характеризует его значение: «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости… было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы». Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии.
Тяготы и гонения выпали на долю других ученых, добровольно взявших на себя защиту и утверждение в науке учения Коперника. Одним из таких мучеников науки был Джордано Бруно. Он не только пропагандировал учение Коперника, которое низвергло Землю с центра Вселенной, он учил, что центра Вселенной нет вообще. Наш мир — один из бесчисленных миров, которых во Вселенной множество, среди них есть миры, населенные живыми существами, человек — лишь мелкое звено в ряду творений… Этого не могла стерпеть церковь. Более семи лет томился Бруно в застенках инквизиции, подвергаясь пыткам и истязаниям. 17 февраляя1600 г. он был сожжен на площади Цветов в Риме. Ныне на этом месте стоит памятник Бруно.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника был сделан Галилео Галилеем. В 1610 г. вышел «Звездный вестник», в котором Галилей оповещал о своих открытиях, сделанных с помощью изобретенной в 1609 г. подзорной трубы: на Луне существуют горы и глубокие кратеры, вокруг Юпитера движутся спутники точно так же, как Луна вокруг Земли, Млечный Путь — это группы звезд и отдельные звезды, Венера имеет фазы, как и Луна. И это все можно увидеть! Всем желающим Галилей позволял увидеть при помощи подзорной трубы движущиеся вокруг Юпитера четыре «луны».
Законы, по которым движутся планеты, были открыты Иоганом Кеплером. Все расчеты, приведшие к открытию этих законов, были изложены в двух книгах «Новая астрономия» (1609) и «Гармония мира» (1619). Это открытие обессмертило его имя.
От законов Кеплера и законов, установленных Галилеем (законы равноускоренного движения) принцип относительности механического движения), началось развитие науки механики, законы которой стали основой объяснения явлений окружающего мира,- началось создание механической картины мира. Среди ее создателей нельзя не вспомнить Декарта.
Рене Декарт — философ, математик, физик, анатом — национальная гордость Франции. Он первый после Аристотеля взялся за создание единой картины мира, способной охватить все его частности. В опубликованных им в 1644 г. «Началах философии» планетная система изображалась как огромное скопление материальных вихрей, вращающихся вокруг Солнца и движущих при этом планеты. Согласно Декарту, мир первоначально представлял бесформенную, лишенную всяких качеств, обладающую некоторым количеством движения материю, образующую вихри. Солнечная система представляла собой огромный вихрь, в центре которого находилось Солнце. Центрами других вихрей, вращающихся вокруг Солнца, являлись планеты, вокруг которых в подчиненных им вихрях кружились луны.
Декарт развил представление о движении как форме существования материальных тел. Отождествляя тело и занятое им в пространстве место, Декарт считал, что для отделения тела от среды необходимо, чтобы существовала разница скоростей движения тела и среды, которая его окружает. Граница тела с пространством становится реальной, когда тело движется, движение определяет размеры и форму тела!
В мире Декарта нет ничего, кроме движущихся бескачественных частиц. Многокрасочный мир он заменяет бесцветной схемой, все процессы сводит к механическому перемещению частиц. Согласно его теории, между живым организмом и механизмом, построенным человеком, нет разницы; живой организм может образоваться из неорганического вещества: движущиеся частицы при этом давят на окружающую среду и уплотняют ее, образуя стенки сердца. Кровь, также уплотняя при движении окружающую среду, образует кровеносные сосуды, затем образуются различные органы, они связаны множеством рычагов, питей и т. д. Так Декарт объяснял появление живых существ без вмешательства бога, противоречия его при этом не смущали. Он считал, что задача ученого состоит в том, чтобы из ненадежных гипотез выводить правильные и полезные следствия.
Противоположного мнения на этот счет придерживался другой создатель механической картины мира — Исаак Ньютон. Материал для теоретических обобщений он черпал из опыта. Его основной тезис: «Гипотез не измышляю!»
23 апреля 1686 г. Ньютон передал в Королевское общество свой труд «Математиччские начала натуральной философии», в котором, как указывается в протоколе общества, «дается математическое доказательство гипотезы Коперника в том виде, как она была предложена Кеплером, и все небесные движения объясняютсяяна основании единственного тяготения к центру Солнца, обратно пропорционального квадрату расстояний». Этот труд состоит из трех книг, в которых представлена картина мира, основанная на законах механики,-доказано всемирное тяготение как следствие из применений механики к движениям небесных тел. В книгах сформулированы три закона движения (законы Ньютона), даны четкие определения физических величин, изложены основы кинематики и динамики материальной точки, твердого тела, механика жидкостей и газов. Венцом труда можно считать третью книгу — «О системах мира», в которой изложен закон всемирного тяготенияя а также «Правила философских умозаключений», на которых было воспитано не одно поколение ученых. Вот они:
1. Не принимать иных причин явлений, кроме тех, которые достаточны для их объяснения.
2. Аналогичные явления относить к одной и той же причине.
3. Считать свойством тел такие свойства, которые присущи всем телам, над которыми мы можем экспериментировать.
Именно следование этим правилам и помогло Ньютону открыть закон всемирного тяготения, закон, на основе которого и была построена им картина мира.
Понимание действия закона пришло к Ньютону в процессе систематизации разнородных фактов: яблоко притягивается к Земле, воды океанов — к Луне, планеты — к Солнцу, значит, все тела притягиваются друг к другу вследствие наличия у них массы. Метод Ньютона — метод индукции — как форма умозаключения, обеспечивающая возможность перехода от единичных фактов к общим положениям, стал широко применяться во всем естествознании. В науке этот период известен под названием «ньютоно-линнеевская» школа, так как первым среди последователей Ньютона можно назвать Карла Линнея.
Для природоведения XVIII в. работы Линнея были тем же, чем периодическая система элементов для химии XIX в. Линней классифицировал и систематизировал знания о природе. Всю природу он разделил на минералы, растения и животных; растения в свою очередь были разделены на 24 класса, а мир животных — на 3 класса: млекопитающих, рыб и птиц. Как вы знаете, не все в этой классификации соответствовало действительности, но биология получила основу для дальнейшего исследования природы.
Картина мира, которая господствовала в XVIII в., была картиной неизменной, однажды созданной природы, и Ньютон также не мог вырваться из рамок господствовавшего тогда мировоззрения. Его теория тяготения позволила объяснить существование такой системы мира, понять, на чем «держится» мир. Эта загадка не давала покоя многим поколениям ученых. Еще Леонардо да Винчи задавал вопрос, на который не мог найти ответа: «Луна, плотная и тяжелая Луна, на чем она держится, эта Луна?» Благодаря Ньютону стало ясно, что Луна, и Солнце, и планеты, и множество звезд во Вселенной удерживаются всемирным тяготением.
Вселенная Ньютона состоит из движущихся тел и пустоты. Пространство в ней только вместилище тел., а время -длительность процессов. Пространство и время Ньютона не связаны между собой и с движением материальных объектов. По Ньютону, Вселенная бесконечна в пространстве и времени и неизменна со дня сотворения и на веки веков. Как она образовалась? На этот вопрос Ньютон не отвечает. А чтобы привести ее в движение, Ньютону понадобился «первый толчок» какого-то таинственного божества. Как видите, сфера «деятельности» бога сужается. Если у Аристотеля бог призван был денно и нощно крутить небосвод, то здесь ему надо было привести в движение Вселенную только в первый момент, а дальше все уже происходило в согласии с законами природы. Чем больше человечество познавало мир, тем меньше в нем оставалось места необъяснимому — сверхъестественной силе.
Известный французский ученый Ж. Лагранж сказал о Ньютоне: «Он самый счастливый человек — систему мира можно создать только один раз». Уже это высказывание характеризует Лагранжа как сторонника механистического мировоззрения, для которого природа представлялась неизменной в своем вечном повторении, следовании вечным законам, как некий механизм, однажды отрегулированный и запущенный на вечные времена, подобно заведенным и пущенным в ход часам или музыкальной шкатулке. Все предопределено этими законами, и отступление от них невозможно. Вот как об этом писал II. Лаплас: «Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие ее прежних состояний и как причину для будущих. Разумное существо, которое могло бы знать в какой-то момент времени все действующие в природе силы, а также соответствующие положения всех составных частей природы, смогло бы, при наличии достаточных аналитических способностей для оценки этих данных, охватить движение небесных тел и мельчайших атомов с помощью одной формулы. Ничто не укрылось бы от существа; прошедшее и будущее, в равной степени открытые, легли бы перед ним». Вот как рассуждал один из выдающихся ученых того времени. Зная законы движения, скорости и координаты всех частиц во Вселенной, мифическое существо могло бы предсказать судьбу не только миров, но и государств, и отдельных людей. Расположением частиц в незапамятные времена были предопределены чья-то внезапная смерть сегодня или чье-то рождение завтра. Для нас это абсурд, но для людей того поколения это было научное объяснение явлений природы: ведь не по велению бога человек умирал или рождался — эти процессы определялись объективными законами природы. Согласно механистическому мировоззрению на основе законов механики можно было объяснить самые различные явления природы, начиная от космических и кончая явлениями живой природы. Принцип однообразия природы, однотипные законы, объясняющие явления природы, единство сил и единство происхождения всего сущего в живой и неживой природе стали методом подхода к объяснению окружающего мира. Такое объяснение превращало многокрасочный мир в бесцветную схему, согласно которой в нем нет ничего, кроме движущихся неизменных бсскачественных частиц, различающихся только своим положением в пространстве и скоростями. Конечно, эта схема не отражала с достаточной степенью точности мир, но она соответствовала данному этапу развития науки и мировоззрению эпохи. Анализируя принципы понимания природы на этом этапе развития представлений о ней, Энгельс* указывал, что для него особенно характерна «выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого вляется представление об абсолютной неизменяемости природы». Согласно этому взгляду природа, каким бы путем она сама ни возникла, оставалась всегда неизменной. Планеты и их спутники, однажды приведенные в движение таинственным «первым толчком», продолжали кружиться по предначертанным им эллипсам во веки веков. Звезды покоились неподвижно на своих местах, удерживая друг друга в этом положении посредством «всеобщего тяготения». Земля оставалась неизменно одинаковой. Ее материки существовали всегда, имели всегда те же самые горы, долины и реки, тот же климат, ту же флору и фауну, если не говорить о том, что изменено или перемещено рукой человека. Виды растений и животных были установлены раз и навсегда при своем возникновении, одинаковое всегда порождало одинаковое...
Господствовавшей биологической доктриной в XVIII в. была теория преформизма — вложенных зародышей, согласно которой в яйцеклетке или спермин любого живого существа содержится уже готовый маленький организм, материализованный «чертеж» взрослого организма, в соответствии с которым без всякого развития происходит увеличение в масштабе всех органов до размеров взрослого организма; в зародышах находятся свои зародыши и так до бесконечности. Подтверждение справедливости этой идеи о бесконечно длинной и нелепой шеренге вложенных друг в друга зародышей преформисты якобы находили при помощи микроскопов. Но в то время микроскопы были так несовершенны, что при желании в икре лягушек можно было увидеть нечто похожее на живых лягушек.
Опровергнуть теорию преформизма было трудно, потому что в естествознании все еще имел силу аристотелевский тезис о бесконечном делении материи без качественного изменения ее свойств.
Но в недрах механистического мировоззрения зреет идея развития, эволюции, природы. Первый кирпичик в фундамент эволюционной картины мира был положен Иммануилом Кантом с выходом его «Всеобщей естественной истории и теории неба» в 1755 г. Этой работой Канта,, по словам Ф. Энгельса, впервые было поколеблено представление, что природа не имеет никакой истории во времени.
Эволюционные идеи в науке. Иммануил Кант для кенигсберцев был олицетворением постоянства и точности. По времени, в которое он выходил на прогулку, обедал со своими постоянными гостями, а потом засыпал после обеда под яблоней в саду, можно было проверять часы. Его костюмы шил один и тот же портной, и каждый следующий костюм был точной копией предыдущего. В его кабинете все вещи неизменно оставались на своих местах. Когда в саду соседа разрослась яблоня и ветка ее изменила вид из окна кабинета, господин Кант не успокоился, пока сосед не разрешил ему отпилить эту ветку. Словом, как в представлениях о природе в то время царила неизменность, так и в повседневной жизни вокруг себя Кант следовал этим представлениям. Но недаром тезис Канта «Имей мужество пользоваться своим умом» известен многим людям, даже очень далеким от занятий философией. Кант имел мужество выступить против царившего в науке представления о неизменности окружающего мира. Именно мужество надо было иметь, чтобы в противовес общепринятому мнению о созданном творцом мире, в котором все так совершенно, что больше ничего уже в нем не может измениться, заявить, что в деяниях природы нет ни добрых, ни злых целей, что все в ней идет своим чередом, гибель или возникновение в ней любых ее творений только этап в общем процессе развития. «Творение никогда не завершено. Некогда оно началось, но оно никогда не прекратится»,- разъяснял Кант общеизвестные сейчас истины. Согласно Канту, начало Солнечной системе дала туманность, состоящая из частиц, которые двигались хаотически. Силы притяжения и отталкивания между частицами вызывали вихревые движения, которые привели к вращению туманности. При этом периферийные ее части отрывались, превращаясь в планеты, а центральная часть стала Солнцем. Аналогично объяснялось образование и других солнечных и звездных систем Млечного пути. Идеей эволюции природы проникнута не только книга Канта «Всеобщая естественная история и теория неба», но и его статьи, посвященные Лиссабонскому землетрясению (1775 г.). Это землетрясение послужило мощным толчком, который ускорил созревание новых идей, крушение иллюзий о вечной гармонии природы, созданной творцом на вечные времена. Даже самым яяым приверженцам устоявшихся взглядов трудно было согласиться с существованием творца, который в мгновение ока погубил 60 000 невинных людей.
В геологии также утверждаются эволюционные идеи. В 1757 г. появляется работа М. В. Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения Земли», в которой доказывается, что вся история Земли — это цепь непрерывных изменений.
Труднее всего идея эволюции завоевывала биологию. Сам Кант признавался в том, что решение загадки развития живых существ — непомерная трудность. «… Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир. Но… в состоянии ли мы сказать: дайте мне материю, и я покажу вам, как можно было бы произвести гусеницу?» — пишет он.
Но нашлись люди, которые попытались объяснить, как происходит развитие живых организмов. Первым среди них следует назвать профессора Петербургской академии наук Каспара Вольфа.
«Характерно, что почти одновременно с нападением Канта на учение о вечности Солнечной системы К. Ф. Вольф произвел в 1759 г. первое нападение на теорию постоянства видов, провозгласив учение об эволюции»,- писал Ф. Энгельс. В своей диссертации «Теория генерации» (1759 г.) К. Вольф рассматривает первоначальное развитие живого тела, начиная от микроскопического, лишенного структуры зачатка, до сложного организма, обладающего тканями, органами и т. д., т. е. развитие организма в начале жизни с новообразованием всех необходимых для жизни органов — развитие путем эпигенеза. Как вы помните, это было время господства преформизма — теории вложенных зародышей, которая в корне отрицала всякое новообразование, развитие. Работа Вольфа стала объектом споров на ближайшие полвека: ведь он замахнулся не только на развитие отдельных организмов — на развитие видов, которые согласно царившему мировоззрению были созданы раз и навсегда и так были совершенны, что их не надо было изменять.
У Вольфа были предшественники в прошлом, и прежде всего Аристотель. Но в настоящем были только враги, и среди них такие могущественные, как Галлер и Лейбниц.
Попробуем разобраться, почему теорию преформизма защищали гениальные ученые, а теория развития организма, несмотря на свое начало еще от Аристотеля, с таким трудом прокладывала себе путь.
Аристотель первый увидел в эмбриональном развитии новообразование из «бесформенной» материи. Но он не мог ответить на вопрос, почему из эмбриона курицы всегда появляется курица (петух), а не крыса, например, или какое-то другое существо. Теперь мы знаем, что в зародыше курицы есть молекулы ДНК, в которых закодированы все признаки будущей курицы, в свою очередь в ее яйцеклетках в молекулах ДНК будут закодированы признаки следующего поколения этой породы кур (петухов), и так будет продолжаться, пока этот вид существует.
Сторонники преформизма искали внутреннюю «модель», вещественный чертеж организма, который сам способен к росту, они отрицали развитие с образованием нового. Но многие факты вступили в противоречие с их взглядами. Например, как объяснить явление регенерации? Ящерица отращивает новый хвост, тритон- лапу, из одной гидры можно получить несколько, если разрезать ее на куски. Почему у нормальных родителей бывают уродливые дети? Эпигенез мог ответить на эти вопросы: форма рождалась из бесформенной материи. Он был ближе к той истине, которая сейчас известна нам: форма рождается заново, модель же ее заложена в хромосомах. Но слабой стороной эпигенеза было допущение о существовании жизненной или формирующей организм силы, которую, однако, найти не могли. Именно эта «сила» и вызывала критику эпигенеза. Эпигенетики утверждали прогрессивную идею развития в природе, они способствовали формированию представлений о естественном образовании новых видов животных и растений и даже о зарождении живого из неживого. А это уже было покушение на религиозную точку зрения, согласно которой только верховному творцу было под силу творение живого.
Идея эволюции в живой природе овладевала все новыми и новыми умами. Профессор Петербургской академии наук К. Бэр высказывает мысль о том, что живые существа возникли из одной простой формы. Этим он объяснял сходство эмбрионов различных видов животных.
Утверждению идеи эволюции в биологии способствовали и работы французских ученых, в особенности Ламарка.
Ламарк придерживался того мнения, что природа создавала различные живые тела, постепенно переходя от самого простого к более сложному, что природа непосредственно, т. е. без помощи какого-либо органического акта, могла создать только наиболее просто организованные тела как в царстве животных, так и в царстве растений. Ламарк полагал, что самозарождение происходит из «желатинообразных частиц», что в ходе эволюции особи, составляющие вид, остаются неизменными до тех пор, пока не изменяются внешние обстоятельства, влияющие на образ их жизни. По Ламарку, причиной эволюции являются изменения окружающей организмы среды. Они приводят к изменению в применении тех или иных органов животных и к наследственным изменениям как формы, так и функций этих органов. Заслуга Ламарка в развитии эволюционной теории огромна, хотя его учение не могло объяснить многое в живой природе.
Мы оставляем биологию в тот момент, когда где-то в последующие годы будет готовиться к кругосветному путешествию корабль «Бигл», на котором молодой Ч. Дарвин будет вести наблюдения. А в городе Брюнне, в ботаническом саду монастыря св. Фомы, монах Грегор Мендель будет ставить массовые опыты по гибридизации 34 сортов гороха. Мы знаем, что в 1859 г. будет издана книга «Происхождение видов». Дарвин станет властителем умов, его учение произведет первое заметное разрушение механической картины мира. Мендель умрет, так и не узнав о признании своего открытия: оно слишком опередило его время. Но и закон естественного отбора, и законы Менделя займут свое достойное место в научной картине мира.
А теперь мы обратимся к химии. Развитие этой науки, так же как и биологии, доказывало, что мир образован не механическим сложением частей, где каждая его часть выполняет определенную функцию, предначертанную ей с момента создания мира, что природа не так проста, чтобы все процессы и явления, происходящие в ней, объяснять только перемещением бескачественных, вечных, неизменных частиц, подходить к ним с одинаковыми законами.
4. Развитие представлений о строении вещества
В 1647 г. выходит книга французского философа П. Гассенди, в которой он пишет о том, что все тела состоят из атомов, аналогично тому как из строительных материалов построены дома. В телах атомы объединяются в группы, которые Гассенди назвал молекулами. Он считал, что если атомы соединяются друг с другом в нескольких точках, то образуется жидкое тело, если же точек соединения много, то образуется твердое тело. Конечно, взгляды Гассенди были наивными, но тем не менее они способствовали развитию атомистических представлений о строении вещества.
Роберт Бойль, английский химик и физик, который положил начало становлению химии как самостоятельной науки и дал первое научное определение химического элемента, также придерживался атомистических взглядов.
Атомно-молекулярные представления о строении вещества развивал М. В. Ломоносов. Он объяснял свойства тел конфигурацией молекул, образующих эти тела, а изменение свойств тел в химических реакциях — изменением конфигураций молекул. Конечно, это еще не была современная теория строения вещества. Как и другие ученые, сторонники механистического мировоззрения, Ломоносов основными характеристиками атомов и молекул считал их массу, скорость, координаты.
Химики получили веское доказательство существования атомов и молекул после того, как Джоном Дальтоном в 1807 г. был открыт закон кратных весовых отношений. Но природа химической связи осталась необъяснимой. Вы знаете, что это удалось сделать только на основе квантовых представлений.
Дальнейшее развитие химии связано с работами Лавуазье. С ними вошел в науку закон сохранения массы вещества, в химии стали систематически применяться количественные методы, была выяснена роль кислорода в процессах горения и дыхания, что способствовало опровержению теории флогистона, утверждению атомистических представлений, зарождению органической химии.
К 1850 г. атомно-молекулярная теория стала господствующей и в химии, и в физике. Во многом этому способствовал шведский ученый Якоб Берцелиус. Он построил систему атомных весов всех известных тогда химических элементов. Каждый вид атомов получил «права гражданства» в научной картине мира. Разработанная им электрохимическая теория позволила высказать догадку о силах, действующих между атомами, о распределении электричества на атомах, о неравноценности их «полюсов». Как видим, благодаря химии каждый вид атомов стал приобретать свое лицо. Обратите внимание на классификацию материальных объектов по Берцелиусу (рис. 28). Такая классификация уже не вписывалась в механическую картину мира, в которой основным было представление об элементах мира как о неделимых частицах, обладающих массой. Невидимые, невещественные, невесомые субстанции Берцелиуса подготавливали формирование представления о поле — еще одном виде материи.
Исследования в области органической химии помогли биологам расправиться с «жизненной силой», которая в живом организме должна была руководить образованием органических веществ из неорганических.
Накопление экспериментальных данных о химических и физических свойствах химических элементов позволило Д. И. Менделееву открыть периодический закон (1869 г.). В основу классификации элементов Д. И. Менделеев положил массу их атомов: как и другие сторонники механистического мировоззрения, основным свойством атомов он считал массу. Но картина изменения свойств веществ, созданная Менделеевым, не вписывалась в механическую картину мира.
Как видим, развитие биологии, химии, физики привело к тому, что начался распад механической картины мира.
Механистический детерминизм не подтверждался развитием науки и вызывал возражения философов. Механицизм утверждал покорность ходу событий, невозможность их изменения: зачем бороться с какими-то неприятностями, если они «запрограммированы» миллионы лет тому назад расположением частиц и их скоростями? Подобное мировоззрение не допускало никаких революций, никаких изменений в собственной судьбе или судьбе общества.
В 1781 г. выходит книга И. Канта «Критика чистого разума». В ней автор, пытаясь проникнуть в глубь истории с ее картинами ужасающей жестокости, бесчеловечности, глупости, ставит вопрос: «Как весь этот видимый хаос совместить с понятием прогресса человеческого развития?» — и приходит к выводу, что суетное на одном системном уровне оказывается закономерным на другом, более высоком уровне. Природные задатки человека, его разум развиваются не в индивиде, а в роде. Род людской развивается в направлении прогресса, несмотря на отдельные эгоистические желания. Источником естественного развития Кант считает борьбу. Таким образом, мы видим, что человеческая мысль подошла к диалектической идее о единстве и борьбе противоположностей, которые составляют основу всякого развития.
Закон естественного отбора был открыт Ч. Дарвином под влиянием идеи о причине развития. Как вы помните, этот закон носит статистический характер — случайные изменения на одном системном уровне (на уровне индивидуального развития) проявляются путем естественного отбора на уровне вида. Выход книги Дарвина «Происхождение видов» (1859 г.)* совпал с открытием Дж. Максвеллом статистического закона о распределении молекул по группам, отличающимся различными скоростями. Этот закон определяет вероятность распределения молекул по скоростям, т. е. он допускает случайные события. Согласно представлениям механической картины мира, как вы помните, случайностям в мире не было места. С открытием закона Максвелла в науку входит понятие о динамических и статистических закономерностях. Первые с абсолютной точностью определяют поведение отдельных тел, вторые — определяют вероятность поведения тел, входящих в большие ансамбли. Таким образом, статистические закономерности определяют поведение тел на макроуровне, на микроуровне же поведение микрочастиц продолжали объяснять строгие динамические закономерности, т. е. механистический детерминизм оказался ограниченным «сверху» (на макроуровне).
Утвердить в науке теорию вероятности помогли работы Л. Больцмана, связанные со статистическим обоснованием второго начала термодинамики, установлением связи между энтропией и вероятностью. Все это привело к тому, что механическое движение уже перестало быть господствующим видом движения материи, хотя еще продолжало существовать представление о едином виде материи — веществе.
Этому способствовало также открытие Р. Майером закона сохранения энергии, величайшего закона природы, который стал основой для объяснения явлений природы во всем естествознании, мощным орудием материалистического объяснения мира.
5. Электромагнитная картина мира
Эта модель природы возникла в конце XIX в. Идеи, которые легли в ее основу, начали формироваться в физике задолго до ее утверждения. В то время еще господствовал механистический способ мышления. Но он уже не был в состоянии объяснить новые эмпирические факты, полученные в различных «не механических» областях исследования. Наверное, не случайно первооткрыватели закона сохранения энергии, позволившего объединить многие, разрозненные на первый взгляд факты из области физики, химии, биологии, космологии, являются не физиками, а специалистами других областей знания или человеческой деятельности: врач Роберт Майер, владелец пивоваренного завода Джеймс Джоуль, врач-физиолог Герман Гельмгольц. Закон сохранения энергии сыграл большую роль в открытиях, связанных с электрическими и магнитными явлениями. «Беря на себя задачу отыскать законы электричества, мы видим, что не обладаем никаким другим доступным вспомогательным средством исследования, кроме как единственно и исключительно принципом сохранения энергии»,- говорил Макс Планк.
Первые исследования по электричеству и магнетизму начались еще задолго до открытия закона сохранения и превращения энергии.
Так, в своих исследованиях Фарадей руководствовался идеей превратимости сил природы. «Превратить магнетизм в электричество» — это была его заветная мечта. Когда она овладела Фарадеем? После того, как он узнал об открытиях Эрстеда и Ампера, или гораздо раньше, когда мальчик в залатанной курточке пробирался среди экипажей лондонскими улицами, прижимая к груди пачку аккуратно переплетенных книг и думая о профессоре Деви, публичные лекции которого ему удалось прослушать? Когда большая мечта овладевает достойным, не отступающим перед трудностями человеком, тогда и совершаются открытия, причисляемые к открытиям века. Попробуйте представить себе: каждый день выполнять по нескольку опытов, каждый опыт скрупулезно описывать и анализировать. И это в течение десяти лет. Вот сколько времени и сил понадобилось, чтобы превратить магнетизм в электричество. Но ни один день не потрачен напрасно. Ни для человечества, ни для себя. С открытием Фарадея в жизнь вошли не только генераторы тока и электромоторы, с ним прежде всего в науку вошло представление об электромагнитном поле как о материальной среде, как о непрерывной материи, заполняющей пространство.
Почему открытие явления электромагнитной индукции привело к изменению взглядов на мир? Мысленно еще раз повторим опыт по электромагнитной индукции, который вы видели на уроках физики: магнит вдвигается в катушку, в катушке возникает ток. Изменение магнитного поля порождает электрическое поле, которое существует в пространстве, где находится катушка. А если катушку убрать? Электрическое поле не исчезает. Переменное магнитное поле порождает в пространстве изменяющееся электрическое поле и наоборот. Эти поля существуют в пространстве независимо от того, есть ли там электрические заряды и магниты или их нет. До Фарадея никто не говорил о том, что силовое поле — это не результат механических перемещений тел, не формальная схема, которая необходима для объяснения явлений, что оно само по себе является материальной субстанцией.
Дальнейшее развитие представлений о поле связано с Максвеллом. Благодаря его работам (начало XX в.) в науке утвердилась электромагнитная картина мира. Согласно этой картине весь мир заполнен электромагнитным эфиром, пустоты в нем нет. Электрическое, магнитное и электромагнитное поля трактовались как состояния эфира, который был их носителем. Поскольку эфир был средой для распространения света, то его называли еще «светоносным» эфиром. Как видим, понятие эфира снова появилось в науке, «возродились» представления о непрерывности материи, которые были в картине мира Аристотеля. Но, конечно, это уже совершенно другие представления.
Все законы природы сводились к законам электромагнетизма, которые математически выражались уравнениями Максвелла. Вещество представлялось состоящим из электрически заряженных частиц. Ставилась задача «построить модель атома, составленного из определенных сочетаний положительного и отрицательного электричества»,- как говорил об этом автор одной из самых «вкусных» моделей атома Дж. Томсон (вы, конечно, догадались, что речь идет об известной вам модели «пудинг с изюмом»). К тому времени, когда возникли представления об атомах, состоящих из электронов и протонов, электромагнитная картина мира приобрела почти завершенную форму, ей удалось объединить разрозненные факты путем обращения к единообразной сущности, каковой считалось электромагнитное поле. На основе электромагнитных взаимодействий объясняются не только электрические и магнитные явления, но и оптические, и тепловые и химические.
В 1900 г. В. Вин поставил вопрос об электромагнитном обосновании механики. В науку прочно входит представление о непрерывности материи. Окончательно оно победило, когда А. Майкельсон своими опытами доказал, что светоносного эфира нет, свет — электромагнитное поле — сам является видом материи, для его распространения нет необходимости в какой-либо особой среде — эфире.
Представления об электромагнитном поле были настолько популярными, что А. Эйнштейн, будучи еще шестнадцатилетним юношей, подолгу размышлял о его свойствах, в частности о том, каким представлялось бы электромагнитное поле для наблюдателя, который «летит» вдогонку за ним со скоростью света, т. е. 300 000 км/с. Впоследствии он рассказывал, что никак не мог себе представить, каким бы было электромагнитное поле для такого наблюдателя, и, наверное, из этой невозможности родилась позже уверенность, что «луч света нельзя догнать»: с какой бы скоростью мы ни гнались за ним, он уходит от нас со скоростью 300 000 км/с- скорость света во всех инерциальных системах отсчета одинакова. Это положение является одним из постулатов специальной теории относительности.
С утверждением в науке теории относительности изменились представления о пространстве и времени, о массе движущихся тел, об их взаимодействии. В механике Ньютона и механической картине мира пространство и время считались «абсолютными», не связанными с материальными объектами и не зависимыми друг от друга. Материальные объекты существовали в пустоте, взаимодействия между ними передавались мгновенно. Действительно, ни в формулу закона всемирного тяготения, ни в формулу закона Кулона время не входит.
Эйнштейн показал органическую взаимосвязь пространства и времени, относительность пространственных и временных соотношений в материальном мире. По Эйнштейну, распределение материи во Вселенной изменится, если перейти от одного периода времени к другому, от одной области пространства к другой. Пространство и время определяются распределением и движением масс материи. В связи с этим на смену представлениям о бесконечной неизменной Вселенной Ньютона приходят другие представления о Вселенной.
Аналогия поможет нам понять теорию Эйнштейна, согласно которой вблизи всякого инертного тела пространство искривляется. В искривленном пространстве наименьшим расстоянием между двумя точками является некоторая кривая (ее называют геодезической). В таком пространстве свободное движение тела происходит по геодезической кривой. Если представить, что криволинейное движение тел под действием силы тяготения — это свободное движение в искривленном пространстве, то можно считать, что всякое тело вблизи себя искривляет пространство и это искривление передается подобно волне, от точки к точке. Тогда не надо будет говорить о силах тяготения. Но движение под действием этих сил не только криволинейное, ускорение может меняться и по модулю. Чтобы объяснить тяготение изменением свойств пространства, надо превратить время в одно из измерений пространства. В теории относительности фигурирует четырехмерное пространство (четвертой координатой является время), искривление которого позволило Эйнштейну полностью объяснить все явления, связанные с тяготением. Это искривление производят тела. В зависимости от плотности вещества геометрия такого пространства может быть приближенно евклидовой (именно в таком пространстве находилась Вселенная Ньютона), или приближенно геометрией Лобачевского, или приближенно геометрией Римана.
Представления об искривленном пространстве дали возможность построить модели Вселенной, отличные от модели Ньютона. По одной из моделей мир безграничен, но не бесконечен. Чтобы понять это, вернемся к аналогии с листом. Если этот лист может прогибаться одинаково в каждой точке, то это может привести тому, что он свернется в шар, поверхность его замкнута, она не имеет границ, но конечна по размерам.
В 1922 г. советский ученый А. А. Фридман показал, что теория тяготения Эйнштейна позволяет построить еще две равноправные модели Вселенной. Одна из них — закрытая модель, подобная поверхности шара, другая модель открытая. Согласно теории Фридмана, расстояния между телами во Вселенной, согласующейся с той и другой моделью, должны меняться со временем. Пространство должно либо расширяться, либо сжиматься. Например, если шар надувать, то каждому из сидящих на шаре «жуков» будет казаться, что остальные «жуки» убегают от него. а наглядная аналогия может помочь понять «разбегание» галактик, которое астрофизики обнаружили по красному смещению спектральных линий.
Как видим, электромагнитная картина мира отличается от механической картины. Но все же между ними много общего. Так, если в механической картине мира окончательными элементами, моделирующими физическую реальность, были неизменные, не имеющие структуры частицы — их можно назвать материальными точками), движение которых предопределялось начальными условиями и законами механики, то в электромагнитной картине мира роль таких частиц выполняют точечные электрические заряды и электромагнитные характеристики каждой точки эфира, но «поведение» тех и других также предопределено начальными условиями и строгими физическими законами, т. е. в электромагнитной картине мира физические процессы также считаются однозначно детерминированными. Единственное, что противопоставляет эти картины мира,- это представление о материи: в механической картине мира она дискретна, в электромагнитной — непрерывна. Частицы, играющие роль кирпичиков мироздания, взаимодействуют посредством окружающего их электромагнитного поля, имеющего непрерывный характер. Атомы химических элементов уже не неделимые частицы, они обладают внутренней структурой, но они сохраняют свое название атомов и электрически нейтральны. Казалось бы, модель атома Резерфорда прекрасно гармонирует с представлениями электромагнитной картины мира: электроны и ядро держатся в атоме посредством образующегося между ними электрического поля. Справедлив и сейчас вывод из модели Резерфорда о том, что нельзя говорить, например, что атом водорода состоит из протона и электрона. Можно сказать, что он возникает из них. Действительно, если электрон и протон находятся рядом, то у результирующего электрического поля запас энергии меньше, чем в том случае, когда заряды удалены друг от друга. Так что протон и электрон в атоме отличны от протона и электрона, которые существовали отдельно. Природа использует необычный, с нашей точки зрения, «клей», чтобы соединить частицы в атоме — она «отбирает» от частиц энергию и эквивалентную ей массу. Но оказалось, что именно модель атома Резерфорда нанесла один из сокрушительных ударов по электромагнитной картине мира.
Список литературы
1. Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18.
2. Карпинская Р. С. Биология и мировоззрение.- М.: Мысль, 1980.
3. Платонов Г. В. Картина мира, мировоззрение и идеология.- М.: Знание, 1972.
4. Маркс К., Э н г е л ь с Ф. Соч., т. 20.
5. Асмус Г. Ф. Античная философия.- М.: Высшая школа, 1976.
6. Лаэртский Д. О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов.- М.: ысль, 1979.
7. Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии.- М.: Высшая школа, 981.
8. Соловьев Ю. И., Куринныи В. И. Якоб Берцелиус.- М.: Наука, 1990.
9. Гангнус А. Рискованное приключение разума.- М.: Знание, 1992.
10. Кузнецов Б. Г. От Галилея до Эйнштейна.- М.: Наука, 1992.
www.ronl.ru
Возникновение научной картины мира
1. Понятие научной картины мира
Под научной картиной мира классики естествоиспытатели понимают систематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества. Огромен и разнообразен окружающий нас мир природы. Но каждый человек должен пытаться познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, мы из частных знаний о явлениях и закономерностях природы пытаемся создать общее - научную картину мира. Содержанием ее являются основные идеи наук о природе, принципы, закономерности, не оторванные друг от друга, а составляющие единство знаний о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развития науки и культуры человечества.
В каждый период развития человечества формируется научная картина мира, которая отражает объективный мир с той точностью, адекватностью, которую позволяют достижения науки и практики. Кроме того, картина мира содержит и нечто такое, что на данном этапе наукой еще не доказано, т. е. некоторые гипотезы, предвидения, которые в будущем могут прийти в противоречие с опытом и достижениями науки, так что некоторые места в картине мира придется дополнять.
Научная картина мира уточняется и развивается на протяжении многих веков - проникновение в сущность явлений природы - бесконечный, неограниченный процесс, поскольку материя неисчерпаема. С развитием науки представления людей о природе становятся все более глубокими и адекватными, все более отражающими истинное, реальное состояние окружающего мира. Неплохо об этом сказал В. И. Ульянов*: «...человеческое мышление по природе своей способно давать и дает нам абсолютную истину, которая складывается из суммы относительных истин. Каждая ступень в развитии науки прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины, но пределы истины каждого научного положения относительны, будучи то раздвигаемы, то суживаемы дальнейшим ростом знания».
Мы рассматриваем физические, химические, биологические науки. Общей формой систематизации, которая осуществляет синтез результатов этих наук со знаниями мировоззренческого порядка, является естественнонаучная картина мира. Это синтетическое, систематизированное и целостное представление о природе на данном этапе развития научного познания. Ядром естественнонаучной картины мира служит картина мира лидирующей на данном этапе развития науки - физики, т. е. физическая картина мира. Участие биологии в формировании естественнонаучной картины мира заключается в обосновании идеи сохранения, в разработке принципов эволюции, в решении проблемы человека как биосоциального существа. Таким образом, мы будем в основном рассматривать объединение знаний на основе физической картины мира, но это совсем не значит, что формируется она только на уроках физики.
Не только физические, но и многие химические и биологические явления невозможно объяснить, не обращаясь к основным закономерностям и теориям, которые изучаются на уроках физики. Да это и понятно: ведь физика изучает наиболее простые и наиболее общие виды движения материи, которые лежат в основе более сложных видов, изучаемых на лекциях по химии и биологии.
Чтобы понять современную научную картину мира, надо знать, как она развивалась.Начало развития научных представлений о мире восходит к VII-VI вв. до н. э. Это было время рабовладельческого общества, в котором обращение к физическому труду наказывалось презрением; поэтому природа исследовалась силой ума, а опыты игнорировались. Научные обобщения строились на начальных наблюдениях, в красочных картинах мира было еще много наивного, часто рядом с реальным отражением действительности в них уживался вымысел, который сегодня нам кажется несовместимым с мудростью древних мыслителей.*
В период развития феодального общества наряду с земледелием развивается ремесленничество, появляются мануфактуры. Их рост создает предпосылки для возникновения науки, опирающейся на эксперимент. Вначале опыты были примитивными и проводились без всякой системы - это было время «ползучего эмпиризма», но они подготавливали почву для новых опытов, приводили к открытию закономерностей, которые использовались для объяснения явлений природы, построения картины мира. В это время производство было примитивным; основным видом движения, с которым оно имело дело, было механическое движение. Естественно, что первыми были открыты и исследованы законы механики, они стали основой научного объяснения мира: XIV-XVIII вв. - это время расцвета механической картины мира.
XVIII в.- век промышленного переворота в Англии и буржуазной революции во Франции, начало расцвета капитализма. Развитие техники ставит вопрос о мощных источниках энергии, стимулирует их поиски. В связи с этим появляются новые отрасли знания - учение о теплоте, электричестве, магнетизме. Выяснение природы соответствующих явлений приводит к появлению гипотез о различных «невесомых» материях: теплороде, флогистоне, электрических и магнитных жидкостях. Подготавливается почва для возникновения представлений об электромагнитном поле, которые прийдут в науку с открытием Фарадея. С его именем связан последующий переломный этап классической физики. Открытие электромагнитного поля изменило взгляд на мир - механическая картина мира,, согласно которой мир представлялся состоящим из пустоты и неизменных, не имеющих внутренних различий (бескачественных) частиц, пребывающих в бесконечном механическом движении, сменяется электродинамической картиной мира. Согласно этой картине в мире нет пустоты, он заполнен электромагнитным полем, все явления объясняются взаимодействием электрических зарядов.
С 1910 г. в науку начинают входить квантовые представления, представления о корпускулярно-волновом дуализме элементарных частиц и наступает время новой, современной картины мира.
2. Картины мира мыслителей древности
Первые картины мира, дошедшие до нас из глубины веков, созданы в период от 600-х до 500-х гг. до н. э. Древние мыслители каждый по-своему искали единое в многообразии явлений окружающего мира.
Родоначальник греческой науки Фалес, основатель философской школы в Милете, полагая началом всего воду, считал, что Вселенная в процессе зарождения возникла из воды. Диоген Лаэртский, историк древности, писал о Фалесе: «Началом всего он полагал воду, а мир считал одушевленным и полным божеств». Действующие в мире силы Фалес отождествлял с «душами», а также с богами. Например, по его мнению, магнит имеет душу, потому что он притягивает железо. Фалес учил, что все знания надо сводить к единой основе: «Многословие вовсе не является показателем разумного мнения».
Другой мыслитель древности - Анаксимандр первоначалом всего сущего считал «апейрон» - некое бесконечное и неопределенное начало. Все состоит из алейрона и из него возникает. Части изменяются, целое же остается неизменным. Апейрон все из себя производит сам. Находясь во вращательном движении, апейрон выделяет противоположности - влажное и сухое, холодное и теплое. Парные комбинации этих главных свойств образуют землю, воду, воздух и огонь. Земля оказывается в центре как самое тяжелое, она окружена водной, воздушной и огненной сферами. Под действием небесного огня часть воды испаряется и из Мирового океана выступает часть суши. Вокруг Земли расположены три кольца, как ободы колеса. В нижнем ободе множество отверстий, сквозь которые просматривается заключенный в нем огонь,- это звезды. В среднем ободе одно отверстие - это Луна. В верхнем также одно - Солнце. Ободы вращаются вокруг Земли, с ними вращаются и отверстия - так объяснялось движение Солнца, Луны и звезд. Отверстия способны частично или полностью закрываться - таким образом объясняли солнечные и лунные затмения.
Живое зародилось на границе моря и суши из ила под воздействием небесного огня. Первые существа жили в море, затем некоторые из них вышли на сушу, сбросили чешую и стали сухопутными животными. Человек зародился в громадной морской рыбе и уже взрослым вышел на сушу, потому что без родителей он бы не выжил. Такой была картина мира Анаксимандра. Нам она кажется абсурдной, в ней не сходятся концы с концами, но это была первая попытка научного объяснения мира: ведь богам в этой картине нет места и сферы деятельности.
Анаксимен, ученик и последователь Анаксимандра, все формы природы сводил к воздуху. Он считал, что все тела возникают из воздуха через его разрежение и сгущение и превращаются снова в воздух; что небесные тела движутся не над Землей, а вокруг нее; что Солнце - это Земля, которая раскалилась от своего быстрого движения.
Анаксагор - слушатель Анаксимена, как пишет о нем Диоген Лаэртский. В центре внимания Анаксагора проблема качественного превращения тел («Каким образом из не-волоса мог возникнуть волос и из не-мяса-мясо?»), у него можно найти в зародыше идеи строения мира из элементов («Кости состоят из маленьких косточек, внутренние органы - из таких же маленьких органов; кровь - из бесчисленного множества капелек крови; золото - из кусочков золота; земля - из мелких земель, огонь - из огней, влага-из влаг, подобным же образом и все остальное»). Анаксагор считал, что вначале мир был в состоянии хаоса, все «семена» в нем были перемешаны (под «семенами» он понимал первичные, самые мелкие частицы), затем они разделились и из них образовались вещи. Анаксагор учил, что Луна, Солнце, планеты и звезды являются раскаленными камнями, что «ветры возникают оттого, что солнце разрежает воздух, молнии есть трение туч». Так думал человек, который жил более 2000 лет тому назад.
В системе мира Гераклита роль единой субстанции играет огонь, вечно движущийся, вечно развивающийся. Источником движения Гераклит считал борьбу противоположностей. Мир - это непрерывное развитие, непрерывное изменение, обновление существующего. В этом непрерывном изменении огонь становится водой, вода - землей, и обратно: земля - водой, вода - огнем. Оба противоположных процесса существуют вместе: «путь вверх и вниз - один и тот же».
Другой мыслитель древности Эмпедокл в качестве первоначала мироздания принимал четыре стихии - землю, воду, воздух и огонь, которые считал пассивными, а все процессы в мироздании объяснял борьбой двух антагонистических начал - любви (сила притяжения) и ненависти (сила отталкивания). Он считал, что любовь и ненависть попеременно одерживают верх, вследствие чего мироздание проходит последовательно четыре фазы космического цикла. Эмпедокл четко высказывает идею сохранения тождественной себе субстанции.
Послушайте, как убедительно звучат его слова: «Сумасшедшие считают, что может возникнуть что-то, чего никогда не было, или исчезнуть без следа что-то существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешивания и разделения соединенного. Только неучи называют это рождением и смертью».
Основатель античной атомистики Демокрит полагал, что «начала Вселенной суть атомы и пустота». Атомы Демокрит представлял как неделимые, плотные, непроницаемые, не содержащие в себе никакой пустоты частицы, они могут иметь самую разнообразную форму (шарообразную, угловатую, вогнутую, выпуклую и т.д.). В этом он видел объяснение разнообразия явлений и их противоположностей друг другу. Атомы «вихрем несутся во Вселенной и порождают все сложное-огонь, воду, воздух, землю,- ибо все они суть соединения каких-то атомов, которые не подвержены воздействиям и неизменны в силу своей твердости». Демокрит и другие греческие атомисты считали, что движение - вечное свойство вечных атомов. Атомы бескачественны, т. е. лишены цвета, запаха, вкуса и т. д. Все эти качества возникают в субъекте в результате взаимодействия атомов с органами чувств. Атомисты первыми стали учить о субъективности чувственных ощущений.
Мир в целом для атомистов - беспредельная пустота, наполненная многими мирами, число которых бесконечно, потому что они образованы бесчисленным множеством атомов самых различных форм. Земля одинаково удалена от всех точек области космоса, а поэтому неподвижна; вокруг нее движутся звезды.
В вопросе о происхождении жизни Демокрит придерживался материалистических взглядов Анаксимандра и Эмпедокла. Живое возникло из неживого вследствие действия законов природы, без всякого творца. Согласно Демокриту, после образования Земли поверхность ее вздулась, образовав покрытые тонкой кожицей гнилостные пузыри, внутри которых были живые плоды. После того как пузыри увеличились и лопнули, из плодов образовались люди и животные. Демокрит пытался объяснить, почему в его время не рождаются живые существа из пузырей Земли: Земля уже не та, и небо не то; только иногда можно заметить, как в гниющей земле зарождаются живые существа. Это ошибочное мнение о самозарождении червей, гусениц, насекомых долго бытовало в науке. Так, у Овидия можно прочитать: «Из павших кон^й боевых черно-желтые шершни родятся».
Говоря о картинах мира, созданных древними мыслителями, более подробно следует остановиться на картине мира, которую создал Аристотель. Эта картина мира продержалась в науке почти два тысячелетия.
Аристотель - древнегреческий философ и ученый. Всеобъемлющий ум, мудрость и авторитет Аристотеля содействовали тому, что его учение так долго господствовало в науке. Его труды насчитывают много томов, их можно считать энциклопедией научных знаний того времени: в них встречаются рассуждения, относящиеся к физике, космогонии, биологии, метеорологии, математике, политике, этике, риторике и др.
Обратимся к физическим воззрениям Аристотеля и постараемся понять, почему его космогония и физика оказались чрезвычайно удобными для церкви.
Мир Аристотеля состоит из пяти стихий - земли, воды, воздуха, огня и эфира. Материя в его понимании - это то, «из чего вещь состоит», и то, «из чего вещь возникает». Материя у Аристотеля делима до бесконечности, он не признает пустоты. Все многообразие веществ на земле Аристотель конструирует из таких активных качеств, как холодное и теплое, и таких пассивных, как сухое и влажное. Земля - сочетание холодного с сухим, огонь - теплого с сухим, воздух - теплого с влажным, вода - холодного с влажным. Эти четыре элемента существуют в мире, где все бесконечно меняется, где наблюдаются различные виды движения: возникновение, уничтожение, перемещение в пространстве пре-рывное и непрерывное, равномерное и неравномерное.
В небесном мире все тела состоят из некоего вещества - эфира, который заполняет все пространство над землей, водой, воздухом и огнем. Эфир вечен, он не меняется и не превращается в другие элементы. Небесные тела движутся, совершая непрерывные круговые движения.
Вселенная Аристотеля конечна, ее ничто не объемлет, вне ее находится только перводвигатель - бог. Бог Аристотеля безличный. Под его жизнью Аристотель понимает деятельность его разума, сам бог и есть чистый деятельный разум. Представления Аристотеля о боге весьма не конкретны. Но Аристотель не мог обойтись без бога, так как без него он не мог объяснить движение звезд, планет, Луны и Солнца. Согласно Аристотелю, все небесные тела прикреплены к сферам, движутся не сами тела, а эти эфирные сферы.* Первую сферу, на которой находятся звезды, движет бог, движение первой сферы передается другим сферам, все ниже и ниже, вплоть до Земли, где вследствие несовершенства подлунных элементов совершенное круговое движение распадается на множество несовершенных. Космос Аристотеля вечен во времени и вечно его движение, но вечность движения - результат вечной деятельности бога.
Одна из центральных проблем, которая занимала Аристотеля,- проблема механического движения. Основным положением его механики является утверждение: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие...»**. Очевидно? Конечно. Прекратите двигать книгу, и она будет спокойно лежать на столе. Перестаньте тянуть санки, и они остановятся. Но очевидность не всегда доказательство истины. Вчитайтесь еще раз в тезис Аристотеля: утверждение, заключающееся в нем, совершенно не учитывает проявления инерции. Нам понятно, что для движения тела, которое находится вне действия других тел, не надо никакой движущей силы, оно будет двигаться равномерно и прямолинейно сколь угодно долго уже потому, что существует и обладает массой. Но Аристотель не увидел проявления инерции в окружающем мире, он заставил бога денно и нощно вращать небосвод. В объяснении, например, движения стрелы, выпущенной из лука, Аристотель исходил из утверждения, что природа «боится пустоты»: стрела выталкивает воздух и воздушные массы, устремляясь в пустоту, образовавшуюся за стрелой, толкают ее.
Натурфилософские взгляды древних греческих мыслителей кажутся нам наивными. Но именно греческими учеными были поставлены все основные проблемы, касающиеся развития естествознания, строенияяматерии и материального мира, проблема движения, проблемы жизни и эволюции и др.
3. Эволюция механической картины мира
Первый сокрушительный удар по системе мира Аристотеля нанес выдающийся польский ученый Николай Коперник. В мае 1543 г. увидело свет его сочинение «О вращениях небесных сфер». В обращении к читателю, напечатанном на титульном листе, автор указывал, что в книге рассмотрены движения звезд и планет, «представленные на основании как древних, так и современных наблюдений; развитые на новых и удивительных теориях». Обращение заканчивалось словами: «Поэтому, усердный читатель, покупай, читай и извлекай пользу. Да не входит никто, не знающий математики». С выходом этой книги в науке началось формирование представлений о гелиоцентрической системе мира.
В системе мира Коперника Земля вращается вокруг своей оси и вместе с другими планетами вокруг Солнца. Сфере звезд Коперник приписал покой. Так Земля перестала быть центром мироздания, стала обычной планетой Солнечной системы. Эти взгляды противоречили вековым, установившимся представлениям о мире, поддерживаемым не только наукой, но и церковью. К отрицанию системы мира, созданной Аристотелем, Коперника привели размышления над этой системой: диаметр сферы, на которой укреплены звезды, огромен, поэтому она должна иметь невероятно большую скорость, чтобы успеть обернуться вокруг Земли за сутки. Почему природа именно так устроила мир? Не проще ли было Земле вращаться вокруг своей оси, ведь эффект был бы тот же... И Коперник приходит к выводу, что вращается Земля.
«Почему не признать,- пишет он,- что небу принадлежит только видимость суточного обращения, действительность же его - самой Земле, так что здесь происходит то, о чем сказано в «Энеиде» Вергилия: «От гавани мы отплываем, а земли и села от нас убегают. Ибо когда корабль движется спокойно, то все, что находится вне его, представляется морякам таким, как если бы все это двигалось по подобию корабля: самих себя и все, что при них, они считали покоящимися». Так в науке вместе с гелиоцентрической картиной мира появляется идея относительности механического движения.
Сам Коперник мало успел сделать, чтобы утвердить свое учение, он боялся церкви и не спешил обнародовать свои идеи. Однако великое творение Коперника сыграло огромную роль не только в истории естествознания, но и в истории мировой науки. Ф. Энгельс так характеризует его значение: «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости... было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил - хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре - вызов церковному авторитету в вопросах природы». Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии.
Тяготы и гонения выпали на долю других ученых, добровольно взявших на себя защиту и утверждение в науке учения Коперника. Одним из таких мучеников науки был Джордано Бруно. Он не только пропагандировал учение Коперника, которое низвергло Землю с центра Вселенной, он учил, что центра Вселенной нет вообще. Наш мир - один из бесчисленных миров, которых во Вселенной множество, среди них есть миры, населенные живыми существами, человек - лишь мелкое звено в ряду творений... Этого не могла стерпеть церковь. Более семи лет томился Бруно в застенках инквизиции, подвергаясь пыткам и истязаниям. 17 февраляя1600 г. он был сожжен на площади Цветов в Риме. Ныне на этом месте стоит памятник Бруно.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника был сделан Галилео Галилеем. В 1610 г. вышел «Звездный вестник», в котором Галилей оповещал о своих открытиях, сделанных с помощью изобретенной в 1609 г. подзорной трубы: на Луне существуют горы и глубокие кратеры, вокруг Юпитера движутся спутники точно так же, как Луна вокруг Земли, Млечный Путь - это группы звезд и отдельные звезды, Венера имеет фазы, как и Луна. И это все можно увидеть! Всем желающим Галилей позволял увидеть при помощи подзорной трубы движущиеся вокруг Юпитера четыре «луны».
Законы, по которым движутся планеты, были открыты Иоганом Кеплером. Все расчеты, приведшие к открытию этих законов, были изложены в двух книгах «Новая астрономия» (1609) и «Гармония мира» (1619). Это открытие обессмертило его имя.
От законов Кеплера и законов, установленных Галилеем (законы равноускоренного движения) принцип относительности механического движения), началось развитие науки механики, законы которой стали основой объяснения явлений окружающего мира,- началось создание механической картины мира. Среди ее создателей нельзя не вспомнить Декарта.
Рене Декарт - философ, математик, физик, анатом - национальная гордость Франции. Он первый после Аристотеля взялся за создание единой картины мира, способной охватить все его частности. В опубликованных им в 1644 г. «Началах философии» планетная система изображалась как огромное скопление материальных вихрей, вращающихся вокруг Солнца и движущих при этом планеты. Согласно Декарту, мир первоначально представлял бесформенную, лишенную всяких качеств, обладающую некоторым количеством движения материю, образующую вихри. Солнечная система представляла собой огромный вихрь, в центре которого находилось Солнце. Центрами других вихрей, вращающихся вокруг Солнца, являлись планеты, вокруг которых в подчиненных им вихрях кружились луны.
Декарт развил представление о движении как форме существования материальных тел. Отождествляя тело и занятое им в пространстве место, Декарт считал, что для отделения тела от среды необходимо, чтобы существовала разница скоростей движения тела и среды, которая его окружает. Граница тела с пространством становится реальной, когда тело движется, движение определяет размеры и форму тела!
В мире Декарта нет ничего, кроме движущихся бескачественных частиц. Многокрасочный мир он заменяет бесцветной схемой, все процессы сводит к механическому перемещению частиц. Согласно его теории, между живым организмом и механизмом, построенным человеком, нет разницы; живой организм может образоваться из неорганического вещества: движущиеся частицы при этом давят на окружающую среду и уплотняют ее, образуя стенки сердца. Кровь, также уплотняя при движении окружающую среду, образует кровеносные сосуды, затем образуются различные органы, они связаны множеством рычагов, питей и т. д. Так Декарт объяснял появление живых существ без вмешательства бога, противоречия его при этом не смущали. Он считал, что задача ученого состоит в том, чтобы из ненадежных гипотез выводить правильные и полезные следствия.
Противоположного мнения на этот счет придерживался другой создатель механической картины мира - Исаак Ньютон. Материал для теоретических обобщений он черпал из опыта. Его основной тезис: «Гипотез не измышляю!»
23 апреля 1686 г. Ньютон передал в Королевское общество свой труд «Математиччские начала натуральной философии», в котором, как указывается в протоколе общества, «дается математическое доказательство гипотезы Коперника в том виде, как она была предложена Кеплером, и все небесные движения объясняютсяяна основании единственного тяготения к центру Солнца, обратно пропорционального квадрату расстояний». Этот труд состоит из трех книг, в которых представлена картина мира, основанная на законах механики,-доказано всемирное тяготение как следствие из применений механики к движениям небесных тел. В книгах сформулированы три закона движения (законы Ньютона), даны четкие определения физических величин, изложены основы кинематики и динамики материальной точки, твердого тела, механика жидкостей и газов. Венцом труда можно считать третью книгу - «О системах мира», в которой изложен закон всемирного тяготенияя а также «Правила философских умозаключений», на которых было воспитано не одно поколение ученых. Вот они:
1. Не принимать иных причин явлений, кроме тех, которые достаточны для их объяснения.
2. Аналогичные явления относить к одной и той же причине.
3. Считать свойством тел такие свойства, которые присущи всем телам, над которыми мы можем экспериментировать.
Именно следование этим правилам и помогло Ньютону открыть закон всемирного тяготения, закон, на основе которого и была построена им картина мира.
Понимание действия закона пришло к Ньютону в процессе систематизации разнородных фактов: яблоко притягивается к Земле, воды океанов - к Луне, планеты - к Солнцу, значит, все тела притягиваются друг к другу вследствие наличия у них массы. Метод Ньютона - метод индукции - как форма умозаключения, обеспечивающая возможность перехода от единичных фактов к общим положениям, стал широко применяться во всем естествознании. В науке этот период известен под названием «ньютоно-линнеевская» школа, так как первым среди последователей Ньютона можно назвать Карла Линнея.
Для природоведения XVIII в. работы Линнея были тем же, чем периодическая система элементов для химии XIX в. Линней классифицировал и систематизировал знания о природе. Всю природу он разделил на минералы, растения и животных; растения в свою очередь были разделены на 24 класса, а мир животных - на 3 класса: млекопитающих, рыб и птиц. Как вы знаете, не все в этой классификации соответствовало действительности, но биология получила основу для дальнейшего исследования природы.
Картина мира, которая господствовала в XVIII в., была картиной неизменной, однажды созданной природы, и Ньютон также не мог вырваться из рамок господствовавшего тогда мировоззрения. Его теория тяготения позволила объяснить существование такой системы мира, понять, на чем «держится» мир. Эта загадка не давала покоя многим поколениям ученых. Еще Леонардо да Винчи задавал вопрос, на который не мог найти ответа: «Луна, плотная и тяжелая Луна, на чем она держится, эта Луна?» Благодаря Ньютону стало ясно, что Луна, и Солнце, и планеты, и множество звезд во Вселенной удерживаются всемирным тяготением.
Вселенная Ньютона состоит из движущихся тел и пустоты. Пространство в ней только вместилище тел., а время -длительность процессов. Пространство и время Ньютона не связаны между собой и с движением материальных объектов. По Ньютону, Вселенная бесконечна в пространстве и времени и неизменна со дня сотворения и на веки веков. Как она образовалась? На этот вопрос Ньютон не отвечает. А чтобы привести ее в движение, Ньютону понадобился «первый толчок» какого-то таинственного божества. Как видите, сфера «деятельности» бога сужается. Если у Аристотеля бог призван был денно и нощно крутить небосвод, то здесь ему надо было привести в движение Вселенную только в первый момент, а дальше все уже происходило в согласии с законами природы. Чем больше человечество познавало мир, тем меньше в нем оставалось места необъяснимому - сверхъестественной силе.
Известный французский ученый Ж. Лагранж сказал о Ньютоне: «Он самый счастливый человек - систему мира можно создать только один раз». Уже это высказывание характеризует Лагранжа как сторонника механистического мировоззрения, для которого природа представлялась неизменной в своем вечном повторении, следовании вечным законам, как некий механизм, однажды отрегулированный и запущенный на вечные времена, подобно заведенным и пущенным в ход часам или музыкальной шкатулке. Все предопределено этими законами, и отступление от них невозможно. Вот как об этом писал II. Лаплас: «Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие ее прежних состояний и как причину для будущих. Разумное существо, которое могло бы знать в какой-то момент времени все действующие в природе силы, а также соответствующие положения всех составных частей природы, смогло бы, при наличии достаточных аналитических способностей для оценки этих данных, охватить движение небесных тел и мельчайших атомов с помощью одной формулы. Ничто не укрылось бы от существа; прошедшее и будущее, в равной степени открытые, легли бы перед ним». Вот как рассуждал один из выдающихся ученых того времени. Зная законы движения, скорости и координаты всех частиц во Вселенной, мифическое существо могло бы предсказать судьбу не только миров, но и государств, и отдельных людей. Расположением частиц в незапамятные времена были предопределены чья-то внезапная смерть сегодня или чье-то рождение завтра. Для нас это абсурд, но для людей того поколения это было научное объяснение явлений природы: ведь не по велению бога человек умирал или рождался - эти процессы определялись объективными законами природы. Согласно механистическому мировоззрению на основе законов механики можно было объяснить самые различные явления природы, начиная от космических и кончая явлениями живой природы. Принцип однообразия природы, однотипные законы, объясняющие явления природы, единство сил и единство происхождения всего сущего в живой и неживой природе стали методом подхода к объяснению окружающего мира. Такое объяснение превращало многокрасочный мир в бесцветную схему, согласно которой в нем нет ничего, кроме движущихся неизменных бсскачественных частиц, различающихся только своим положением в пространстве и скоростями. Конечно, эта схема не отражала с достаточной степенью точности мир, но она соответствовала данному этапу развития науки и мировоззрению эпохи. Анализируя принципы понимания природы на этом этапе развития представлений о ней, Энгельс* указывал, что для него особенно характерна «выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого вляется представление об абсолютной неизменяемости природы». Согласно этому взгляду природа, каким бы путем она сама ни возникла, оставалась всегда неизменной. Планеты и их спутники, однажды приведенные в движение таинственным «первым толчком», продолжали кружиться по предначертанным им эллипсам во веки веков. Звезды покоились неподвижно на своих местах, удерживая друг друга в этом положении посредством «всеобщего тяготения». Земля оставалась неизменно одинаковой. Ее материки существовали всегда, имели всегда те же самые горы, долины и реки, тот же климат, ту же флору и фауну, если не говорить о том, что изменено или перемещено рукой человека. Виды растений и животных были установлены раз и навсегда при своем возникновении, одинаковое всегда порождало одинаковое...
Господствовавшей биологической доктриной в XVIII в. была теория преформизма - вложенных зародышей, согласно которой в яйцеклетке или спермин любого живого существа содержится уже готовый маленький организм, материализованный «чертеж» взрослого организма, в соответствии с которым без всякого развития происходит увеличение в масштабе всех органов до размеров взрослого организма; в зародышах находятся свои зародыши и так до бесконечности. Подтверждение справедливости этой идеи о бесконечно длинной и нелепой шеренге вложенных друг в друга зародышей преформисты якобы находили при помощи микроскопов. Но в то время микроскопы были так несовершенны, что при желании в икре лягушек можно было увидеть нечто похожее на живых лягушек.
Опровергнуть теорию преформизма было трудно, потому что в естествознании все еще имел силу аристотелевский тезис о бесконечном делении материи без качественного изменения ее свойств.
Но в недрах механистического мировоззрения зреет идея развития, эволюции, природы. Первый кирпичик в фундамент эволюционной картины мира был положен Иммануилом Кантом с выходом его «Всеобщей естественной истории и теории неба» в 1755 г. Этой работой Канта,, по словам Ф. Энгельса, впервые было поколеблено представление, что природа не имеет никакой истории во времени.
Эволюционные идеи в науке. Иммануил Кант для кенигсберцев был олицетворением постоянства и точности. По времени, в которое он выходил на прогулку, обедал со своими постоянными гостями, а потом засыпал после обеда под яблоней в саду, можно было проверять часы. Его костюмы шил один и тот же портной, и каждый следующий костюм был точной копией предыдущего. В его кабинете все вещи неизменно оставались на своих местах. Когда в саду соседа разрослась яблоня и ветка ее изменила вид из окна кабинета, господин Кант не успокоился, пока сосед не разрешил ему отпилить эту ветку. Словом, как в представлениях о природе в то время царила неизменность, так и в повседневной жизни вокруг себя Кант следовал этим представлениям. Но недаром тезис Канта «Имей мужество пользоваться своим умом» известен многим людям, даже очень далеким от занятий философией. Кант имел мужество выступить против царившего в науке представления о неизменности окружающего мира. Именно мужество надо было иметь, чтобы в противовес общепринятому мнению о созданном творцом мире, в котором все так совершенно, что больше ничего уже в нем не может измениться, заявить, что в деяниях природы нет ни добрых, ни злых целей, что все в ней идет своим чередом, гибель или возникновение в ней любых ее творений только этап в общем процессе развития. «Творение никогда не завершено. Некогда оно началось, но оно никогда не прекратится»,- разъяснял Кант общеизвестные сейчас истины. Согласно Канту, начало Солнечной системе дала туманность, состоящая из частиц, которые двигались хаотически. Силы притяжения и отталкивания между частицами вызывали вихревые движения, которые привели к вращению туманности. При этом периферийные ее части отрывались, превращаясь в планеты, а центральная часть стала Солнцем. Аналогично объяснялось образование и других солнечных и звездных систем Млечного пути. Идеей эволюции природы проникнута не только книга Канта «Всеобщая естественная история и теория неба», но и его статьи, посвященные Лиссабонскому землетрясению (1775 г.). Это землетрясение послужило мощным толчком, который ускорил созревание новых идей, крушение иллюзий о вечной гармонии природы, созданной творцом на вечные времена. Даже самым яяым приверженцам устоявшихся взглядов трудно было согласиться с существованием творца, который в мгновение ока погубил 60 000 невинных людей.
В геологии также утверждаются эволюционные идеи. В 1757 г. появляется работа М. В. Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения Земли», в которой доказывается, что вся история Земли - это цепь непрерывных изменений.
Труднее всего идея эволюции завоевывала биологию. Сам Кант признавался в том, что решение загадки развития живых существ - непомерная трудность. «...Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир. Но... в состоянии ли мы сказать: дайте мне материю, и я покажу вам, как можно было бы произвести гусеницу?» - пишет он.
Но нашлись люди, которые попытались объяснить, как происходит развитие живых организмов. Первым среди них следует назвать профессора Петербургской академии наук Каспара Вольфа.
«Характерно, что почти одновременно с нападением Канта на учение о вечности Солнечной системы К. Ф. Вольф произвел в 1759 г. первое нападение на теорию постоянства видов, провозгласив учение об эволюции»,- писал Ф. Энгельс. В своей диссертации «Теория генерации» (1759 г.) К. Вольф рассматривает первоначальное развитие живого тела, начиная от микроскопического, лишенного структуры зачатка, до сложного организма, обладающего тканями, органами и т. д., т. е. развитие организма в начале жизни с новообразованием всех необходимых для жизни органов - развитие путем эпигенеза. Как вы помните, это было время господства преформизма - теории вложенных зародышей, которая в корне отрицала всякое новообразование, развитие. Работа Вольфа стала объектом споров на ближайшие полвека: ведь он замахнулся не только на развитие отдельных организмов - на развитие видов, которые согласно царившему мировоззрению были созданы раз и навсегда и так были совершенны, что их не надо было изменять.
У Вольфа были предшественники в прошлом, и прежде всего Аристотель. Но в настоящем были только враги, и среди них такие могущественные, как Галлер и Лейбниц.
Попробуем разобраться, почему теорию преформизма защищали гениальные ученые, а теория развития организма, несмотря на свое начало еще от Аристотеля, с таким трудом прокладывала себе путь.
Аристотель первый увидел в эмбриональном развитии новообразование из «бесформенной» материи. Но он не мог ответить на вопрос, почему из эмбриона курицы всегда появляется курица (петух), а не крыса, например, или какое-то другое существо. Теперь мы знаем, что в зародыше курицы есть молекулы ДНК, в которых закодированы все признаки будущей курицы, в свою очередь в ее яйцеклетках в молекулах ДНК будут закодированы признаки следующего поколения этой породы кур (петухов), и так будет продолжаться, пока этот вид существует.
Сторонники преформизма искали внутреннюю «модель», вещественный чертеж организма, который сам способен к росту, они отрицали развитие с образованием нового. Но многие факты вступили в противоречие с их взглядами. Например, как объяснить явление регенерации? Ящерица отращивает новый хвост, тритон- лапу, из одной гидры можно получить несколько, если разрезать ее на куски. Почему у нормальных родителей бывают уродливые дети? Эпигенез мог ответить на эти вопросы: форма рождалась из бесформенной материи. Он был ближе к той истине, которая сейчас известна нам: форма рождается заново, модель же ее заложена в хромосомах. Но слабой стороной эпигенеза было допущение о существовании жизненной или формирующей организм силы, которую, однако, найти не могли. Именно эта «сила» и вызывала критику эпигенеза. Эпигенетики утверждали прогрессивную идею развития в природе, они способствовали формированию представлений о естественном образовании новых видов животных и растений и даже о зарождении живого из неживого. А это уже было покушение на религиозную точку зрения, согласно которой только верховному творцу было под силу творение живого.
Идея эволюции в живой природе овладевала все новыми и новыми умами. Профессор Петербургской академии наук К. Бэр высказывает мысль о том, что живые существа возникли из одной простой формы. Этим он объяснял сходство эмбрионов различных видов животных.
Утверждению идеи эволюции в биологии способствовали и работы французских ученых, в особенности Ламарка.
Ламарк придерживался того мнения, что природа создавала различные живые тела, постепенно переходя от самого простого к более сложному, что природа непосредственно, т. е. без помощи какого-либо органического акта, могла создать только наиболее просто организованные тела как в царстве животных, так и в царстве растений. Ламарк полагал, что самозарождение происходит из «желатинообразных частиц», что в ходе эволюции особи, составляющие вид, остаются неизменными до тех пор, пока не изменяются внешние обстоятельства, влияющие на образ их жизни. По Ламарку, причиной эволюции являются изменения окружающей организмы среды. Они приводят к изменению в применении тех или иных органов животных и к наследственным изменениям как формы, так и функций этих органов. Заслуга Ламарка в развитии эволюционной теории огромна, хотя его учение не могло объяснить многое в живой природе.
Мы оставляем биологию в тот момент, когда где-то в последующие годы будет готовиться к кругосветному путешествию корабль «Бигл», на котором молодой Ч. Дарвин будет вести наблюдения. А в городе Брюнне, в ботаническом саду монастыря св. Фомы, монах Грегор Мендель будет ставить массовые опыты по гибридизации 34 сортов гороха. Мы знаем, что в 1859 г. будет издана книга «Происхождение видов». Дарвин станет властителем умов, его учение произведет первое заметное разрушение механической картины мира. Мендель умрет, так и не узнав о признании своего открытия: оно слишком опередило его время. Но и закон естественного отбора, и законы Менделя займут свое достойное место в научной картине мира.
А теперь мы обратимся к химии. Развитие этой науки, так же как и биологии, доказывало, что мир образован не механическим сложением частей, где каждая его часть выполняет определенную функцию, предначертанную ей с момента создания мира, что природа не так проста, чтобы все процессы и явления, происходящие в ней, объяснять только перемещением бескачественных, вечных, неизменных частиц, подходить к ним с одинаковыми законами.
4. Развитие представлений о строении вещества
В 1647 г. выходит книга французского философа П. Гассенди, в которой он пишет о том, что все тела состоят из атомов, аналогично тому как из строительных материалов построены дома. В телах атомы объединяются в группы, которые Гассенди назвал молекулами. Он считал, что если атомы соединяются друг с другом в нескольких точках, то образуется жидкое тело, если же точек соединения много, то образуется твердое тело. Конечно, взгляды Гассенди были наивными, но тем не менее они способствовали развитию атомистических представлений о строении вещества.
Роберт Бойль, английский химик и физик, который положил начало становлению химии как самостоятельной науки и дал первое научное определение химического элемента, также придерживался атомистических взглядов.
Атомно-молекулярные представления о строении вещества развивал М. В. Ломоносов. Он объяснял свойства тел конфигурацией молекул, образующих эти тела, а изменение свойств тел в химических реакциях - изменением конфигураций молекул. Конечно, это еще не была современная теория строения вещества. Как и другие ученые, сторонники механистического мировоззрения, Ломоносов основными характеристиками атомов и молекул считал их массу, скорость, координаты.
Химики получили веское доказательство существования атомов и молекул после того, как Джоном Дальтоном в 1807 г. был открыт закон кратных весовых отношений. Но природа химической связи осталась необъяснимой. Вы знаете, что это удалось сделать только на основе квантовых представлений.
Дальнейшее развитие химии связано с работами Лавуазье. С ними вошел в науку закон сохранения массы вещества, в химии стали систематически применяться количественные методы, была выяснена роль кислорода в процессах горения и дыхания, что способствовало опровержению теории флогистона, утверждению атомистических представлений, зарождению органической химии.
К 1850 г. атомно-молекулярная теория стала господствующей и в химии, и в физике. Во многом этому способствовал шведский ученый Якоб Берцелиус. Он построил систему атомных весов всех известных тогда химических элементов. Каждый вид атомов получил «права гражданства» в научной картине мира. Разработанная им электрохимическая теория позволила высказать догадку о силах, действующих между атомами, о распределении электричества на атомах, о неравноценности их «полюсов». Как видим, благодаря химии каждый вид атомов стал приобретать свое лицо. Обратите внимание на классификацию материальных объектов по Берцелиусу (рис. 28). Такая классификация уже не вписывалась в механическую картину мира, в которой основным было представление об элементах мира как о неделимых частицах, обладающих массой. Невидимые, невещественные, невесомые субстанции Берцелиуса подготавливали формирование представления о поле - еще одном виде материи.
Исследования в области органической химии помогли биологам расправиться с «жизненной силой», которая в живом организме должна была руководить образованием органических веществ из неорганических.
Накопление экспериментальных данных о химических и физических свойствах химических элементов позволило Д. И. Менделееву открыть периодический закон (1869 г.). В основу классификации элементов Д. И. Менделеев положил массу их атомов: как и другие сторонники механистического мировоззрения, основным свойством атомов он считал массу. Но картина изменения свойств веществ, созданная Менделеевым, не вписывалась в механическую картину мира.
Как видим, развитие биологии, химии, физики привело к тому, что начался распад механической картины мира.
Механистический детерминизм не подтверждался развитием науки и вызывал возражения философов. Механицизм утверждал покорность ходу событий, невозможность их изменения: зачем бороться с какими-то неприятностями, если они «запрограммированы» миллионы лет тому назад расположением частиц и их скоростями? Подобное мировоззрение не допускало никаких революций, никаких изменений в собственной судьбе или судьбе общества.
В 1781 г. выходит книга И. Канта «Критика чистого разума». В ней автор, пытаясь проникнуть в глубь истории с ее картинами ужасающей жестокости, бесчеловечности, глупости, ставит вопрос: «Как весь этот видимый хаос совместить с понятием прогресса человеческого развития?» - и приходит к выводу, что суетное на одном системном уровне оказывается закономерным на другом, более высоком уровне. Природные задатки человека, его разум развиваются не в индивиде, а в роде. Род людской развивается в направлении прогресса, несмотря на отдельные эгоистические желания. Источником естественного развития Кант считает борьбу. Таким образом, мы видим, что человеческая мысль подошла к диалектической идее о единстве и борьбе противоположностей, которые составляют основу всякого развития.
Закон естественного отбора был открыт Ч. Дарвином под влиянием идеи о причине развития. Как вы помните, этот закон носит статистический характер - случайные изменения на одном системном уровне (на уровне индивидуального развития) проявляются путем естественного отбора на уровне вида. Выход книги Дарвина «Происхождение видов» (1859 г.)* совпал с открытием Дж. Максвеллом статистического закона о распределении молекул по группам, отличающимся различными скоростями. Этот закон определяет вероятность распределения молекул по скоростям, т. е. он допускает случайные события. Согласно представлениям механической картины мира, как вы помните, случайностям в мире не было места. С открытием закона Максвелла в науку входит понятие о динамических и статистических закономерностях. Первые с абсолютной точностью определяют поведение отдельных тел, вторые - определяют вероятность поведения тел, входящих в большие ансамбли. Таким образом, статистические закономерности определяют поведение тел на макроуровне, на микроуровне же поведение микрочастиц продолжали объяснять строгие динамические закономерности, т. е. механистический детерминизм оказался ограниченным «сверху» (на макроуровне).
Утвердить в науке теорию вероятности помогли работы Л. Больцмана, связанные со статистическим обоснованием второго начала термодинамики, установлением связи между энтропией и вероятностью. Все это привело к тому, что механическое движение уже перестало быть господствующим видом движения материи, хотя еще продолжало существовать представление о едином виде материи - веществе.
Этому способствовало также открытие Р. Майером закона сохранения энергии, величайшего закона природы, который стал основой для объяснения явлений природы во всем естествознании, мощным орудием материалистического объяснения мира.
5. Электромагнитная картина мира
Эта модель природы возникла в конце XIX в. Идеи, которые легли в ее основу, начали формироваться в физике задолго до ее утверждения. В то время еще господствовал механистический способ мышления. Но он уже не был в состоянии объяснить новые эмпирические факты, полученные в различных «не механических» областях исследования. Наверное, не случайно первооткрыватели закона сохранения энергии, позволившего объединить многие, разрозненные на первый взгляд факты из области физики, химии, биологии, космологии, являются не физиками, а специалистами других областей знания или человеческой деятельности: врач Роберт Майер, владелец пивоваренного завода Джеймс Джоуль, врач-физиолог Герман Гельмгольц. Закон сохранения энергии сыграл большую роль в открытиях, связанных с электрическими и магнитными явлениями. «Беря на себя задачу отыскать законы электричества, мы видим, что не обладаем никаким другим доступным вспомогательным средством исследования, кроме как единственно и исключительно принципом сохранения энергии»,- говорил Макс Планк.
Первые исследования по электричеству и магнетизму начались еще задолго до открытия закона сохранения и превращения энергии.
Так, в своих исследованиях Фарадей руководствовался идеей превратимости сил природы. «Превратить магнетизм в электричество» - это была его заветная мечта. Когда она овладела Фарадеем? После того, как он узнал об открытиях Эрстеда и Ампера, или гораздо раньше, когда мальчик в залатанной курточке пробирался среди экипажей лондонскими улицами, прижимая к груди пачку аккуратно переплетенных книг и думая о профессоре Деви, публичные лекции которого ему удалось прослушать? Когда большая мечта овладевает достойным, не отступающим перед трудностями человеком, тогда и совершаются открытия, причисляемые к открытиям века. Попробуйте представить себе: каждый день выполнять по нескольку опытов, каждый опыт скрупулезно описывать и анализировать. И это в течение десяти лет. Вот сколько времени и сил понадобилось, чтобы превратить магнетизм в электричество. Но ни один день не потрачен напрасно. Ни для человечества, ни для себя. С открытием Фарадея в жизнь вошли не только генераторы тока и электромоторы, с ним прежде всего в науку вошло представление об электромагнитном поле как о материальной среде, как о непрерывной материи, заполняющей пространство.
Почему открытие явления электромагнитной индукции привело к изменению взглядов на мир? Мысленно еще раз повторим опыт по электромагнитной индукции, который вы видели на уроках физики: магнит вдвигается в катушку, в катушке возникает ток. Изменение магнитного поля порождает электрическое поле, которое существует в пространстве, где находится катушка. А если катушку убрать? Электрическое поле не исчезает. Переменное магнитное поле порождает в пространстве изменяющееся электрическое поле и наоборот. Эти поля существуют в пространстве независимо от того, есть ли там электрические заряды и магниты или их нет. До Фарадея никто не говорил о том, что силовое поле - это не результат механических перемещений тел, не формальная схема, которая необходима для объяснения явлений, что оно само по себе является материальной субстанцией.
Дальнейшее развитие представлений о поле связано с Максвеллом. Благодаря его работам (начало XX в.) в науке утвердилась электромагнитная картина мира. Согласно этой картине весь мир заполнен электромагнитным эфиром, пустоты в нем нет. Электрическое, магнитное и электромагнитное поля трактовались как состояния эфира, который был их носителем. Поскольку эфир был средой для распространения света, то его называли еще «светоносным» эфиром. Как видим, понятие эфира снова появилось в науке, «возродились» представления о непрерывности материи, которые были в картине мира Аристотеля. Но, конечно, это уже совершенно другие представления.
Все законы природы сводились к законам электромагнетизма, которые математически выражались уравнениями Максвелла. Вещество представлялось состоящим из электрически заряженных частиц. Ставилась задача «построить модель атома, составленного из определенных сочетаний положительного и отрицательного электричества»,- как говорил об этом автор одной из самых «вкусных» моделей атома Дж. Томсон (вы, конечно, догадались, что речь идет об известной вам модели «пудинг с изюмом»). К тому времени, когда возникли представления об атомах, состоящих из электронов и протонов, электромагнитная картина мира приобрела почти завершенную форму, ей удалось объединить разрозненные факты путем обращения к единообразной сущности, каковой считалось электромагнитное поле. На основе электромагнитных взаимодействий объясняются не только электрические и магнитные явления, но и оптические, и тепловые и химические.
В 1900 г. В. Вин поставил вопрос об электромагнитном обосновании механики. В науку прочно входит представление о непрерывности материи. Окончательно оно победило, когда А. Майкельсон своими опытами доказал, что светоносного эфира нет, свет - электромагнитное поле - сам является видом материи, для его распространения нет необходимости в какой-либо особой среде - эфире.
Представления об электромагнитном поле были настолько популярными, что А. Эйнштейн, будучи еще шестнадцатилетним юношей, подолгу размышлял о его свойствах, в частности о том, каким представлялось бы электромагнитное поле для наблюдателя, который «летит» вдогонку за ним со скоростью света, т. е. 300 000 км/с. Впоследствии он рассказывал, что никак не мог себе представить, каким бы было электромагнитное поле для такого наблюдателя, и, наверное, из этой невозможности родилась позже уверенность, что «луч света нельзя догнать»: с какой бы скоростью мы ни гнались за ним, он уходит от нас со скоростью 300 000 км/с- скорость света во всех инерциальных системах отсчета одинакова. Это положение является одним из постулатов специальной теории относительности.
С утверждением в науке теории относительности изменились представления о пространстве и времени, о массе движущихся тел, об их взаимодействии. В механике Ньютона и механической картине мира пространство и время считались «абсолютными», не связанными с материальными объектами и не зависимыми друг от друга. Материальные объекты существовали в пустоте, взаимодействия между ними передавались мгновенно. Действительно, ни в формулу закона всемирного тяготения, ни в формулу закона Кулона время не входит.
Эйнштейн показал органическую взаимосвязь пространства и времени, относительность пространственных и временных соотношений в материальном мире. По Эйнштейну, распределение материи во Вселенной изменится, если перейти от одного периода времени к другому, от одной области пространства к другой. Пространство и время определяются распределением и движением масс материи. В связи с этим на смену представлениям о бесконечной неизменной Вселенной Ньютона приходят другие представления о Вселенной.
Аналогия поможет нам понять теорию Эйнштейна, согласно которой вблизи всякого инертного тела пространство искривляется. В искривленном пространстве наименьшим расстоянием между двумя точками является некоторая кривая (ее называют геодезической). В таком пространстве свободное движение тела происходит по геодезической кривой. Если представить, что криволинейное движение тел под действием силы тяготения - это свободное движение в искривленном пространстве, то можно считать, что всякое тело вблизи себя искривляет пространство и это искривление передается подобно волне, от точки к точке. Тогда не надо будет говорить о силах тяготения. Но движение под действием этих сил не только криволинейное, ускорение может меняться и по модулю. Чтобы объяснить тяготение изменением свойств пространства, надо превратить время в одно из измерений пространства. В теории относительности фигурирует четырехмерное пространство (четвертой координатой является время), искривление которого позволило Эйнштейну полностью объяснить все явления, связанные с тяготением. Это искривление производят тела. В зависимости от плотности вещества геометрия такого пространства может быть приближенно евклидовой (именно в таком пространстве находилась Вселенная Ньютона), или приближенно геометрией Лобачевского, или приближенно геометрией Римана.
Представления об искривленном пространстве дали возможность построить модели Вселенной, отличные от модели Ньютона. По одной из моделей мир безграничен, но не бесконечен. Чтобы понять это, вернемся к аналогии с листом. Если этот лист может прогибаться одинаково в каждой точке, то это может привести тому, что он свернется в шар , поверхность его замкнута, она не имеет границ, но конечна по размерам.
В 1922 г. советский ученый А. А. Фридман показал, что теория тяготения Эйнштейна позволяет построить еще две равноправные модели Вселенной. Одна из них - закрытая модель, подобная поверхности шара, другая модель открытая. Согласно теории Фридмана, расстояния между телами во Вселенной, согласующейся с той и другой моделью, должны меняться со временем. Пространство должно либо расширяться, либо сжиматься. Например, если шар надувать, то каждому из сидящих на шаре «жуков» будет казаться, что остальные «жуки» убегают от него . а наглядная аналогия может помочь понять «разбегание» галактик, которое астрофизики обнаружили по красному смещению спектральных линий.
Как видим, электромагнитная картина мира отличается от механической картины. Но все же между ними много общего. Так, если в механической картине мира окончательными элементами, моделирующими физическую реальность, были неизменные, не имеющие структуры частицы - их можно назвать материальными точками), движение которых предопределялось начальными условиями и законами механики, то в электромагнитной картине мира роль таких частиц выполняют точечные электрические заряды и электромагнитные характеристики каждой точки эфира, но «поведение» тех и других также предопределено начальными условиями и строгими физическими законами, т. е. в электромагнитной картине мира физические процессы также считаются однозначно детерминированными. Единственное, что противопоставляет эти картины мира,- это представление о материи: в механической картине мира она дискретна, в электромагнитной - непрерывна. Частицы, играющие роль кирпичиков мироздания, взаимодействуют посредством окружающего их электромагнитного поля, имеющего непрерывный характер. Атомы химических элементов уже не неделимые частицы, они обладают внутренней структурой, но они сохраняют свое название атомов и электрически нейтральны. Казалось бы, модель атома Резерфорда прекрасно гармонирует с представлениями электромагнитной картины мира: электроны и ядро держатся в атоме посредством образующегося между ними электрического поля. Справедлив и сейчас вывод из модели Резерфорда о том, что нельзя говорить, например, что атом водорода состоит из протона и электрона. Можно сказать, что он возникает из них. Действительно, если электрон и протон находятся рядом, то у результирующего электрического поля запас энергии меньше, чем в том случае, когда заряды удалены друг от друга. Так что протон и электрон в атоме отличны от протона и электрона, которые существовали отдельно. Природа использует необычный, с нашей точки зрения, «клей», чтобы соединить частицы в атоме - она «отбирает» от частиц энергию и эквивалентную ей массу. Но оказалось, что именно модель атома Резерфорда нанесла один из сокрушительных ударов по электромагнитной картине мира.
Список литературы
1. Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18.
2. Карпинская Р. С. Биология и мировоззрение.- М.: Мысль, 1980.
3. Платонов Г. В. Картина мира, мировоззрение и идеология.- М.: Знание, 1972.
4. Маркс К., Э н г е л ь с Ф. Соч., т. 20.
5. Асмус Г. Ф. Античная философия.- М.: Высшая школа, 1976.
6. Лаэртский Д. О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов.- М.: ысль, 1979.
7. Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии.- М.: Высшая школа, 981.
8. Соловьев Ю. И., Куринныи В. И. Якоб Берцелиус.- М.: Наука, 1990.
9. Гангнус А. Рискованное приключение разума.- М.: Знание, 1992.
10. Кузнецов Б. Г. От Галилея до Эйнштейна.- М.: Наука, 1992.
Дата добавления: 27.11.2002
www.km.ru
Урок по Новой истории в 8 классе по теме: « Наука: создание научной картины мира»
Автор материала: Антоненкова Анжелика Викторовна
Учитель истории МОУ Будинской ООШ
Тверской области
Цели: - ( сл.2)
Выяснить, какие изменения произошли в развитии науки; какие причины способствовали развитию науки и научных знаний;
Как эти исследования повлияли на жизнь людей Нового времени;
Развивать умение находить нужную информацию из различных источников, умение составлять табличные записи.
Оборудование: презентация, компьютер, карточки для опроса.
Ход урока.
1. Орг. начало урока.
2. Проверка домашнего задания.
1) тестирование
1. Развитию железнодорожного транспорта в городах способствовало:
А) появление паровозов;
Б) превращение городов в промышленные центры
В) огромное желание облегчить жизнь горожанам
2. Первый общественный транспорт – омнибус появился впервые в:
А) Париже
Б) Лондоне
В) Берлине
3. Появление трамваев с электрической тягой связано с именем:
А)Эдисона
Б) С. Родса
В) К. Бенца
4. В каком году в Лондоне был открыт первый метрополитен?
А) 1872 г.
Б) 1868 г.
В) 1863 г.
5. Неотъемлемой частью уличного пейзажа конца XIX – начала XX века стало (а) появление
А) электромобилей
Б) фонарных столбов
В) мальчишек, продающих газеты
6. Машину, предназначенную для шитья одежды изобрёл:
А) Л. Даггер
Б) Зингер
В) р. Хилл
7. Основателем первого способа фотографирования является:
А) Л. Даггер
Б) Л. Шоулс
В) Зингер
8. НА смену свечам и масляным лампам в 50-е годы пришли:
А) фонари
Б) керосиновые лампы
В) светильники
9. В каком году Л. Шоулс получил патент на изобретение пишущей машинки?
А) 1867 г
Б) 1870 г.
В) 1875 г.
10. В наполеоновскую эпоху господствовал стиль:
А) модерн
Б) классицизм
В) ампир
11. Отличительной особенностью начала 20 века в одежде было то, что:
А) юбки у женщин сужаются, а мужчины носят костюмы – тройки;
Б) расширяются юбки у женщин, мужчины носят фраки
В) женщины носят декольте, а мужчины смокинги и фраки
Критерии оценки:
Менее 5 – «2»
От 5 до 7 – «3»
От 8 до 10 – «4»
11 - «5»
Ключ к ответам:
1-б, 2- а, 3-а,4-в,5-в,6-б, 7-а, 8-б, 9-а,10 –в,11 –а
3. Сообщение темы и целей урока.
( сл. 3) План урока:
Причины быстрого развития наук.
« Повелитель молний».
Сенсации продолжаются.
Революция в естествознании.
Новая наука – микробиология.
Успехи медицины.
Развитие образования.
( сл. 4) - начертить таблицу, которую нужно заполнить в течение урока.
4. Изучение нового материала:
1) работа по учебнику:
( сл. 5) Почему же в XIX – начале XX века так активно начинают развиваться
различные науки?
Ответ на вопрос найдёте прочитав пункт 1 на стр. 39.
( сл. 6)
Причины развития науки в Новое время:
1. Сама жизнь требовала познать законы и использовать их в производстве
2. Коренные изменения в сознании и мышлении людей Нового времени.
( сл. 7) В 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что позволило приступить к созданию электродвигателя. Он стал членом Королевского общества.
- Давайте узнаем о нём побольше.
Майкл родился 22 сентября 1791 года в Ньюнгтон -Баттсе (ныне Большой Лондон). Его отец был небогатым кузнецом из лондонского предместья. Кузнецом был и старший брат Роберт, всячески поощрявший тягу Майкла к знаниям и на первых порах поддерживавший его материально. Мать Фарадея, трудолюбивая и необразованная женщина, дожила до времени, когда её сын добился успехов и признания, и по праву гордилась им. Скромные доходы семьи не позволили Майклу окончить даже среднюю школу, с тринадцати лет он начал работать как поставщик книг и газет, а затем в возрасте 14 лет пошёл работать в книжную лавку, где обучался и переплётному ремеслу. Семь лет работы в мастерской на улице Блэндфорд стали для юноши и годами напряженного самообразования. Всё это время Фарадей упорно занимался — он с упоением читал все переплетаемые им научные труды по физике и химии, а также статьи из «Британской энциклопедии», повторял в устроенной им домашней лаборатории эксперименты, описанные в книгах, на самодельных электростатических приборах. Важным этапом в жизни Фарадея стали занятия в Городском философском обществе, где Майкл по вечерам слушал научно-популярные лекции по физике и астрономии и участвовал в диспутах. Деньги (по шиллингу на оплату каждой лекции) он получал от брата. На лекциях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения; он также старался овладеть приёмами ораторского искусства.
Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область физики. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Рассуждения Фарадея были следующими: если в опыте Эрстеда электрический ток обладает магнитной силой, а, по убеждению Фарадея, все силы взаимопревращаемы, то и магниты должны возбуждать электрический ток. В том же году им была предпринята попытка найти поляризующее действие тока на свет. Пропуская поляризованный свет через воду, находящуюся между полюсами магнита, он пытался обнаружить деполяризацию света, однако опыт дал отрицательный результат[4].
В 1823 году Фарадей становится членом Лондонского королевского общества и назначается директором физической и химической лабораторий Королевского института, где и проводит свои эксперименты.
( сл. 8) В 1860-х годах он разработал электромагнитную теорию света, обобщившую результаты опытов и теоретических построений многих физиков различных стран в области электромагнитизма.
Джеймс Клерк Ма́ксвелл ) — британский физик и математик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения иэлектромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие). Один из основателей кинетической теории газов (установил распределение молекул газа по скоростям). Одним из первых ввёл в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики(«демон Максвелла»), получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике(термодинамические соотношения Максвелла, правило Максвелла для фазового перехода жидкость — газ и другие). Пионер количественной теории цветов; автор принципа цветной фотографии. Среди других работ Максвелла — исследования по устойчивости колец Сатурна, теории упругости и механике (фотоупругость, теорема Максвелла), оптике, математике. Он подготовил к публикации рукописи работ Генри Кавендиша, много внимания уделял популяризации науки, сконструировал ряд научных приборов.
( сл. 9) Согласно его теории, в природе существуют невидимые волны, которые передают электричество в пространстве. Свет – разновидность электромагнитных колебаний.
( сл. 10) В 1883 году немецкий инженер Генрих герц подтвердил существование электромагнитный волн и доказал, что никакой материальный предмет не может помещать их распространению
Ге́нрих Ру́дольф Герц - немецкий физик.
Окончил Берлинский университет, С 1885 по 1889 гг. был профессором физики Университета в Карлсруэ. С 1889 года — профессор физики университета в Бонне.
Основное достижение — экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Он подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой не что иное, как разновидность электромагнитных волн. Он построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его теория электродинамики не подтвердилась опытами и позднее уступила место электронной теории Хендрика Лоренца. Результаты, полученные Герцем, легли в основу развития радио.
В 1886—87 гг. Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Герц разрабатывал теорию резонансного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров, рассчитал время соударения и т. д. В книге «Принципы механики» (1894) дал вывод общих теорем механики и её математического аппарата, исходя из единого принципа (принцип Герца).
Именем Герца с 1933 года называется единица измерения частоты Герц, которая входит в международную метрическую систему единиц СИ.
( сл. 11) Герц установил, что электромагнитные волны распространяются со скоростью 300 тыс. км/с. Эти волны стали называться волнами Герца. Именно наоснове этих открытий создали беспроволочный телеграф Маркони и Попов. В 1897 году А.С. Попов передал первую телеграмму, состоящую из двух слов : « Генрих Герц»
- ( сл. 12) Тем не менее открытия продолжались. Ещё в 1878 году голландский физик Хендрик Антон Лоренц попытался объяснить электромагнитную теорию Максвелла с точки зрения атомного строения вещества
Хендрик Антон Лоренц
Лоренц изучал физику и математику в Лейденском университете. Большое влияние на него, как на будущего физика, оказал преподаватель астрономии профессор Фредерик Кайзер. В университете Лейдена с 1878 года он затем работал профессором математической физики. В 1880 вместе со своим практически однофамильцем Людвигом Лоренцем вывел формулу Лоренц — Лоренца. Он развил электромагнитную теорию света и электронную теорию материи, а также сформулировал самосогласованную теорию электричества, магнетизма и света. С именем этого учёного связана известная из школьного курса физики сила Лоренца (понятие о которой он развил в 1895 году) — сила, действующая на электрический заряд, движущийся в магнитном поле. В электродинамике широко применяется метод вычисления локального поля, впервые предложенный Лоренцем, и известный под названием «Сфера Лоренца».
Развил теорию о преобразованиях состояния движущегося тела,описывающее уменьшение длины объекта при поступательном движении. Полученные в рамках этой теории преобразования Лоренца являются важнейшим вкладом в развитие теории относительности.
За объяснение феномена, известного как эффект Зеемана, был удостоен в 1902 году совместно с другим нидерландским физиком Питером Зееманом Нобелевской премии по физике
( сл.13) Т.о., Совершался переворот в естественно – научных представлениях человечества, формировалась новая картина мира, которая существует и сегодня
( сл. 14) В конце 1895 года в Германии физик Вильгельм Конрад Рентген, исходя из теории Максвелла об электромагнитных волнах, открыл невидимые лучи, названные им Х – лучами.
Рентген
Открытие лучей
Несмотря на то, что Вильгельм Рентген был трудолюбивым человеком и будучи руководителем физического института Вюрцбургского университета, имел обыкновение допоздна засиживаться в лаборатории, главное открытие в своей жизни — икс-излучение — он совершил, когда ему было уже 50 лет. 8 ноября 1895 года, Эксперименты Рентгена показали, основные свойства ранее неизвестного излучения, которое получило название — рентгеновское. Как оказалось, икс-излучение способно проникать сквозь многие непрозрачные материалы; при этом оно не отражается и не преломляется. Рентгеновское излучение ионизирует окружающий воздух и засвечивает фото-пластины. ( (сл. 15) Также Рентгеном были сделаны первые снимки с помощью рентгеновского излучения.
Открытие немецкого учёного очень сильно повлияло на развитие науки. Эксперименты и исследования с использованием рентгеновских лучей помогли получить новые сведения о строении вещества, которые вместе с другими открытиями того времени заставили пересмотреть целый ряд положений классической физики. Через короткий промежуток времени рентгеновские трубки нашли применение в медицине и различных областях техники.
К Рентгену не раз обращались представители промышленных фирм с предложениями о выгодной покупке прав на использование изобретения. Но Вильгельм отказался запатентовать открытие, так как не считал свои исследования источником дохода.
К 1919 году рентгеновские трубки получили широкое распространение и применялись во многих странах. Благодаря им появились новые направления науки и техники — рентгенология, рентгенодиагностика, рентгенометрия, рентгеноструктурный анализ и др.
( сл. 16) - Целая группа учёных – Анри Беккерель, Пьери Мария Склодовская – Кюри, Эрнест Резерфорд, Нильс Бор – изучала радиоактивности и создали учение о сложном строении атома.
( сл. 17) В 1903 году Мария и Пьер Кюри вместе с Анри Беккерелем получили Нобелевскую премию по физике «за выдающиеся заслуги в совместных исследованиях явлений радиации».
( сл. 18) Переворот в естествознании произвела книга великого учёного – натуралиста Ч. Дарвина « Происхождение видов»
Чарльз Ро́берт Да́рвин — английский натуралист и путешественник, одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все виды живых организмов эволюционируют во времени от общих предков. В своей теории, первое развёрнутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов», основной движущей силой эволюции Дарвин назвал естественный отбор и неопределённую изменчивость. Существование эволюции было признано большинством учёных ещё при жизни Дарвина, в то время как его теория естественного отбора как основное объяснение эволюции стала общепризнанной только в 30-х годах XX-го столетия с появлением синтетической теории эволюции . Идеи и открытия Дарвина в переработанном виде формируют фундамент современной синтетической теории эволюции и составляют основу биологии, как обеспечивающие логическое объяснение биоразнообразия. Ортодоксальные последователи учения Дарвина развивают направление эволюционной мысли, носящее его имя (дарвинизм).
( стр. 42 – 43 – учебник высказывание Дарвина)
( сл. 19) В 1885 году учёный спас жизнь юноше, которого 14 раз укусила бешеная собака. Он работал над получением сыворотки от бешенства. Подарил миру новую науку - микробиологию
Луи́ Пасте́р — французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезнейчеловека, стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии[3]. Также Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным путем доказав невозможность этого (см. Зарождение жизни на Земле). Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.
Изучением брожения Пастер занялся с 1857 года. К 1861 году Пастер показал, что образование спирта, глицерина и янтарной кислоты при брожении может происходить только в присутствии микроорганизмов, часто специфичных.
Луи Пастер доказал, что брожение есть процесс, тесно связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости. При выяснении этого вопроса Пастеру предстояло опровергнуть господствовавший в то время взгляд Либиха на брожение, как на химический процесс. Особенно убедительны были опыты Пастера, произведенные с жидкостью, содержащей чистый сахар, различные минеральные соли, служившие пищей бродильному грибку, и аммиачную соль, доставлявшую грибку необходимый азот. Грибок развивался, увеличиваясь в весе; аммиачная соль тратилась. Пастер показал, что и для молочного брожения также необходимо присутствие особого «организованного фермента» (как в то время называли живые клетки микробов), который размножается в бродящей жидкости, также увеличиваясь в весе, и при помощи которого можно вызывать ферментацию в новых порциях жидкости.
В это же время Луи Пастер сделал ещё одно важное открытие. Он нашёл, что существуют организмы, которые могут жить без кислорода. Для некоторых из них кислород не только не нужен, но и ядовит. Такие организмы называются строгими анаэробами. Их представители — микробы, вызывающие маслянокислое брожение. В то же время организмы, способные как к брожению, так и к дыханию, в присутствии кислорода росли активнее, но потребляли меньше органического вещества из среды. Так было показано, что анаэробная жизнь менее эффективна. Сейчас показано, что из одного и того же количества органического субстрата аэробные организмы способны извлечь почти в 20 раз больше энергии, чем анаэробные.
( сл. 20)
Изучение инфекционных заболеваний
В 1864 году к Пастеру обращаются французские виноделы с просьбой помочь им в разработке средств и методов борьбы с болезнями вина. Результатом его исследований явилась монография, в которой Пастер показал, что болезни вина вызываются различными микроорганизмами, причем каждая болезнь имеет особого возбудителя. Для уничтожения вредных «организованных ферментов» он предложил прогревать вино при температуре 50—60 градусов. Этот метод, получивший название пастеризации, нашел широкое применение и в лабораториях, и в пищевой промышленности.
В 1865 году Пастер был приглашен своим бывшим учителем на юг Франции чтобы найти причину болезни шелковичных червей. После публикации в 1876 году работы Роберта Коха «Этиология сибирской язвы» Пастер полностью посвятил себя иммунологии, окончательно установив специфичность возбудителей сибирской язвы, родильной горячки, холеры,бешенства, куриной холеры и др. болезней, развил представления об искусственном иммунитете, предложил метод предохранительных прививок, в частности от сибирской язвы (1881), бешенства (совместно с Эмилем Ру 1885), привлекая специалистов других медицинских специальностей (например, хирурга О. Ланнелонга).
Первая прививка против бешенства была сделана 6 июля 1885 года 9-летнему Йозефу Майстеру по просьбе его матери. Лечение закончилось успешно, симптомы бешенства у мальчика не появились.
Интересные факты
Пастер всю жизнь занимался биологией и лечил людей, не получив ни медицинского, ни биологического образования.
Также Пастер в детстве занимался живописью. Когда Ж.- Л. Жером увидел спустя годы его работы, он сказал, как хорошо, что Луи выбрал науку, так как он был бы нам большой конкурент.[7]
В 1868 году (в возрасте 46 лет) у Пастера произошло кровоизлияние в мозг. Он остался инвалидом: левая рука бездействовала, левая нога волочилась по земле. Он едва не погиб, но, в конце концов, поправился. Более того, он совершил после этого самые значительные открытия: создал вакцину против сибирской язвы и прививки против бешенства[8]. Когда учёный умер, оказалось, что огромная часть мозга была у него разрушена. Скончался Пастер от уремии.
По словам И. И. Мечникова, Пастер был страстный патриот и ненавистник немцев. Когда ему приносили с почты немецкую книгу или брошюру, он брал её двумя пальцами и отбрасывал с чувством великого отвращения[9].
Позднее его именем был назван род бактерий — пастеры, вызывающих септические заболевания, к открытию которых он, по-видимому, не имел отношения.
Пастер был награждён орденами почти всех стран мира. Всего у него было около 200 наград.
( сл. 21) В конце 18 века английский врач заметил, что доярки не болеют оспой, которая в то время уносили жизни тысяч людей. Дженнер совершенно правильно объяснил это тем, что доярки в слабой форме заражаются оспой от коров и это создаёт у них иммунитет Поэтому он разработал первую вакцину — против оспы. Дженнер придумал вводить в организм человека как бы неопасный вирус коровьей оспы.
( сл. 22) Вначале 19 века Жан Корвизар « прослушивал» своих пациентов при помощи специальной палочки и по звуку определял состояние лёгких и сердца. Рене Лаэнне, ученик Жана Корвизара, установил, что твёрдые тела по-разному производят звуки. Он сконструировал трубку из буковой древесины – стетоскоп. Один конец прикладывался к груди больного, а другой – к уху врача
( сл. 23) Немецкий микробиолог, открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулёзную палочку. За исследования туберкулёза награждён Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году.
Позже Кох предпринимает попытки найти возбудителя туберкулёза, болезни в то время широко распространённой и являющейся основной причиной смертности. Близость клиники Шарите, заполненной туберкулёзными больными, облегчает ему задачу — он ежедневно, рано утром приходит в больницу, где получает материал для исследований: небольшое количество мокроты или несколько капель крови больных чахоткой.
Однако, несмотря на обилие материала, ему всё же никак не удаётся обнаружить возбудителя болезни. Вскоре Кох понимает, что достичь цели можно только с помощью красителей. К сожалению, обычные красители оказываются слишком слабыми, но спустя несколько месяцев безуспешной работы ему всё же удается найти необходимые вещества.
Институт микробиологии на Доротеештрассе в Берлине — здесь Роберт Кох открыл возбудителя туберкулёза
Растёртую туберкулёзную ткань 271-ого препарата Кох окрашивает в метиловой синьке, а затем в едкой красно-коричневой краске, используемой в отделке кожи, и обнаруживает крохотные, слегка изогнутые, ярко-сине окрашенные палочки — палочки Коха.
24 марта 1882 года, когда объявил о том, что сумел выделить бактерию, вызывающую туберкулёз, Кох достиг величайшего за всю свою жизнь триумфа. В то время это заболевание было одной из главных причин смертности. В своих публикациях Кох выработал принципы «получения доказательств, что тот или иной микроорганизм вызывает определённые заболевания». Эти принципы до сих пор лежат в основе медицинской микробиологии.
Холера
Изучение Кохом туберкулёза было прервано, когда он по заданию германского правительства в составе научной экспедиции уехал в Египет и Индию с целью попытаться определить причину заболевания холерой. Работая в Индии, Кох объявил, что он выделил микроб, вызывающий это заболевание — холерный вибрион.
( сл. 24) Российский и французский биолог (зоолог, эмбриолог, иммунолог, физиолог и патолог).
Один из основоположников эволюционной эмбриологии, фагоцитоза и внутриклеточного пищеварения, создатель сравнительной патологии воспаления.
Лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1908). Он создал оригинальное учение о защите организмов от микробов.
( сл. 25) Прочитайте самостоятельно пункт «Развитие образования» на стр. 44-45 и ответьте на вопрос « Как в разных государствах происходило развитие образования?»
5. Подведение итога урока:
( сл. 26) Задание на карточках
Соотнесите учёного и его изобретение
1
Майкл Фарадей
А
Невидимые Х - лучи
2
Джеймс Максвелл
Б
Электромагнитные волны
3
Генрих Герц
В
Открытие радиоактивности
4
Вильгельм Рентген
Г
Вакцина от бешенства
5
Пьер и Мария Кюри
Д
Открытие электромагнетизма
6
Чарлз Дарвин
Е
Возбудитель туберкулёза
7
Луи Пастер
Ж
« Происхождение видов»
8
Роберт Кох
З
Электромагнитная теория света
Ответы:
1
2
3
4
5
6
7
8
д
з
б
а
в
ж
г
е
6. Домашнее задание ( сл. 27)
infourok.ru
«Нижнеикорецкая СОШ»
Лискинского района Воронежской области
Автор: Сушкова Светлана Александровна
Интегрированные предметы: история, биология, физика.
Тема: «Наука в XIX веке. Создание научной картины мира».
Форма проведения: научная конференция.
Целевая аудитория: 8 класс (с приглашением 7 и 9 классов).
Продолжительность 2 учебных часа.
Цели: определить тенденции развития научной мысли в Европе в 19 веке;
познакомить учеников с биографиями учёных и их открытиями;
определить значимость научных открытий 19 века для современности.
Задачи:
Мультимедиа проектор, компьютер, оборудование для демонстрации явления электромагнитной индукции (магниты, амперметр, медная проволока). Выставка предметов, изобретённых в 19 веке (пишущая машинка, швейная машинка, спички, фотография, телефон, микрофон, резина, алюминий, целлулоид). Портреты учёных (Фарадея, Максвелла, Пастера, Мечникова, Коха, Дарвина,Рентгена, Кюри, Нобеля).
Ход урока.
Выбегают три мальчика с газетами и по очереди выкрикивают новости.
1800 г.- Вольта создал батарейки. Начинается век изобретений и открытий.
1816 г.- английские почтальоны пересели на велосипеды: быстро и удобно.
1827 г.- изобрели фотографию: теперь можно увековечить события и людей.
1829 г.- Брайль изобрёл алфавит и дал возможность слепым людям читать и писать.
1832 г.- открыли газ ацетилен и его свойство сваривать металл. Появилась возможность использовать металлические конструкции в строительстве мостов, домов, башен.
1852 г.- изобрели лифт для подъёма в высотных зданиях.
1854 г.- родился новый металл – алюминий. Пока его используют как украшения, но в следующем веке из него будут делать самолёты.
1855 г.- спички – огонь в маленькой коробочке. Теперь безопаснее и удобнее.
1861 г.- изобрели целлулоид. Детские игрушки стали легче и практичнее.
1866 г. – человечество переходит на искусственную еду. Маргарин заменяет масло.
1867г. – Шоулс отдаёт патент Релингтону на пишущую машинку.
1866 г.- Зингер изобрёл швейную машинку, а запатентовал только иголку с отверстием в острие.
1866 г.- Альфред Нобель создал динамит – добро и зло в «одном флаконе».
Учитель истории:
Ежегодно, с 1901 года, вручают премии имени Нобеля за открытия в науке и укрепление мира. Среди представителей науки 19 века тоже есть лауреаты Нобелевской премии, но всё по порядку.
Это открытие подарило жизнь всем генераторам, динамо-машинам и электродвигателям. «Повелителем молний» назвали Фарадея современники.
Он стал членом королевского общества и многих академий мира.
В руке у меня ещё одно изобретение 19 века – ученическая ручка. Это изобретение стало символом перемены в образовании. Развитие науки и техники требовало изменений в образовании. В конце века в Англии и Франции вводится всеобщее обязательное начальное образование. Школа освобождается от покровительства церкви. Американский философ Джон Дьюи сказал: «Образование – это уже жизнь, а не подготовка к ней». Дьюи создал школу-лабораторию при Чикагском университете, где во главу угла ставился труд. Вместо пересказа и заучивания, дети мастерили поделки, разговаривали, обсуждали разные темы и спорили. Росло новое поколение, способное развивать научные идеи своих предшественников.
Ведущий учитель:
Спасибо экспертам, а теперь предлагаем нашей аудитории поучаствовать в небольшой викторине.
Вопросы:
1 .Кто открыл всепроникающие икс-лучи? (Рентген)
2. Кто дал объяснение происхождения жизни на земле отличное от церковного учения? (Дарвин)
3. Кто открыл явление радиоактивности? (Кюри)
4. Чьи открытия заставили врачей стерилизовать медицинские инструменты? (Пастер)
5. Кто изучал волновую теорию света? (Максвелл)
6. Кто открыл возбудителя и научил лечить туберкулёз? (Кох)
7. Кто учредил премию учёным за выдающиеся достижения в науке? (Нобель).
Ведущий учитель:
Спасибо всем за работу. Успехов в учёбе!
Список литературы и интернет-ресурсов:
fiz.na5bal.ru
Вопрос 01. Объясните причины быстрого развития физики и других естественных наук в XIX в.
Ответ. Открытия в области естественных наук сразу находило практическое воплощение в новых изобретениях, которые сразу приносили славу (а также деньги), что стимулировало учёных на новые открытия и молодёжь на занятие наукой. Исследования стали требовать вложений, однако благодаря открытиям и бизнес, и государства, были заинтересованы в спонсировании именно естественных наук.
Вопрос 02. Заполните в тетради таблицу «Важнейшие научные открытия в XIX - начале XX в.». Графы таблицы: научная область, год открытия, фамилия учёного, содержание и значение открытия.
Ответ.
Вопрос 03. Подготовьте сообщение о каком-либо открытии. Используйте также текст документа. Какими, по вашему мнению, качествами должен обладать учёный?
Ответ. Чарльз Дарвин шёл к своему открытию долгие годы. Он путешествовал на корабле английского военно морского флота, на котором совершил кругосветное путешествие и сделал как натуралист множество наблюдений, ведь плавание продолжалось пять лет. Например, на Галапагосских островах (в Тихом океане) он изучал вьюрков. Он заметил, что при примерно одинаковой форме тела множество видов вьюрков обладают разной формой и размером клюва. Он предположил, что они произошли от одного предка, но со временем развитие разделило их на разные виды. Вернувшись, он стал изучать селекцию домашних животных, на основе которой появляются новые породы. Особенно интересовали его голуби. Самые разные расцветки этих птиц люди получали, выбирая из потомства только особей с нужными ими качествами. Дарвин предположил, что то же самое делает и природа: отбирает нужные ей качества и давая возможность организмам только с этими качествами оставлять потомство. Выводы он закрепил на примере растений. Таким образом родилась эволюционная теория Дарвина, которую он опубликовал в 1859 году. Но это был не конец истории. Далее Дарвину пришлось до конца жизни выдерживать жесточайшую полемику с противниками своей теории.
Чарльз Дарвин умел собирать материал, делать из него выводы, до которых не додумались другие, знал, как подтвердить эти выводы. У него было трудолюбие для разработки его теории, решимость для её публикации, упорство для её отстаивания и достаточное время жизни для проявления вышеперечисленных качеств. Именно это, по-моему, нужно первооткрывателям (хотя универсального набора качеств, характерных для них всех, полагаю, не существует).
Вопрос 04. Охарактеризуйте успехи медицины на рубеже XIX—XX вв. Подумайте, в чём причины этих успехов.
Ответ. Медицина в XIX века разработала вакцины от множества заболеваний, выяснила связь общественной гигиены и эпидемий. Всё это позволило гораздо лучше бороться со многими массовыми заболеваниями, заложило основы полной или почти полной победы над ними в ХХ веке. В хирургии была открыта анестезия, появился рентгеновский аппарат. Благодаря этим и многим другим открытиям раны, ранее считавшиеся смертельными теперь поддавались лечению. Во многом причины этих успехов кроются во взаимодействии с другими естественными науками. Появление микробиологии и вакцины от бешенства было бы не возможно без развития микроскопов (соответственно, оптики), рентгеновский аппарат назван именем физика потому, что был бы не возможен без его открытия, работа химиков позволяла создавать новые лекарства и т. д.
resheba.com
