Научная революция – это закономерный и периодически повторяющийся в истории науки процесс качественного перехода от одного способа познания к другому, который отражает более глубинные связи и отношения природы. В ходе научной революции происходит выделение качественно нового типа объектов, резкое изменение системы методологических установок познания, идеалов познания, критериев оценки результатов познания, критика старых и утверждение новых ценностей познания. Этап научной революции сменяется периодом эволюционного развития науки.
На эволюционном этапе своего развития наука опирается на сложившийся в ходе научной революции новый способ познания (парадигму, фундаментальную теорию), основания которого принимаются учеными уже без существенной критики, как новый, мощный и действенный инструмент познания.
Исторические этапы развития естествознания
Накопление рациональных знаний о природе началось еще в первобытную эпоху. В практической повседневной деятельности первобытный человек накапливал стихийно-эмпирические знания о географической местности, в которой он проживал, о животных, растениях, о самом себе. Первобытный человек не только накапливает знания о флоре и фауне, но и начинает их классифицировать. В далекой древности зарождается и первобытная медицина.
В цивилизациях Древнего Востока формируются предпосылки генезиса естествознания. В древнегреческой культуре в УП веке до н. э. формируется идея о необходимости получения доказательного, обоснованного и систематического знания о мире, послужившая исходной основой для превращения донаучного познания природы в научное. В античной культуре происходит формирование первой научной картины мира, концентрированно воплощенной в механике, физике и космологии Аристотеля и геоцентрической системе Птолемея. В Средние века стихийно-эмпирическое познание природы во многом, хотя и не полностью, превращается в придаток теологии и схоластики (астрология, алхимия и др.). Вместе с тем средневековье характеризуется и продолжением накопления эмпирических фактов и обобщений, технического опыта и мастерства. Достижения античной науки сохраняются в университетах Западной Европы.
В эпоху Возрождения происходит коренное преобразование способа познания природы. Естественнонаучные знания отпочковываются от философии и зарождается аналитическое исследование природы, классическое естествознание. Формируются экспериментальный и дедуктивный методы познания. Гелиоцентрическая система мира Коперника (1543) была началом формирования классического естествознания, решительным шагом в освобождении познания природы от диктата богословия, революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости. Труд Коперника положил начало научной революции XVI–XVII веков, основным содержанием которой явилось создание классической механики как первой фундаментальной естественнонаучной теории.
В XVIII в. естествознание вступает в эпоху эволюционного развития. В первой половине XVIII в. происходило утверждение классической механики в качестве господствующей теории в системе естествознания. Оно осуществлялось по двум главным направлениям. Первое связано с обоснованием принципов теории и совершенствованием ее математического аппарата (разработка аналитического аппарата механики в трудах Л. Эйлера, Ж. Даламбера, Д. Бернулли, Ж. Лагранжа и др.). Второе – с утверждением системы методологических установок классической механики, которое в первой половине XVIII в. осуществлялось прежде всего в борьбе ньютонианства с картезианством (учением Р. Декарта). На базе методологических установок классической физики и классической астрономии складывалась вторая научная картина мира.
Коротко охарактеризуем методологические установки классической физики.
К ним следует отнести следующие методологические представления:
– признание объективного существования физического мира;
– «абстрактный образ свободных объектов», предметоцентрическое видение мира, каждый предмет рассматривается в отрыве от его системных связей;
– атомистическая концепция: мир состоит из атомов – мельчайших неделимых частиц; на этой основе формируется атомномолекулярное учение в физике и химии:
– лапласовский детерминизм (отрицание объективного существования случайности и вытекающие из него представления о абсолютных прогностических возможностях науки);
– признание исчерпывающей познаваемости мира;
– основа и критерий познания – эксперимент, исследователь свободен в выборе условий эксперимента;
– в процессе исследования объект не зависит от условий познания, воздействие субъекта на объект всегда можно учесть, внести на него поправку;
– постулат возможности обособления элементов физического мира: все свойства объекта могут экспериментально определяться одновременно;
– в принципе возможно получение абсолютно объективного знания, не содержащего ссылок на условия познания;
– критерий объективности – отсутствие ссыпок на субъект познания, однозначное применение понятий, наглядное моделирование и др.;
– физические законы должны быть сформулированы на языке математики (программа Галилея);
– уверенность в том, что структура познавательной деятельности универсальная и качественных изменений не претерпевает, классический механический способ описания вечен и неизменен; и др.
Методологические установки классической астрономии:
– признание объективного существования мира астрономических объектов (космических тел, их систем и Вселенной в целом);
Развитие биологического познания с эпохи античности до середины XVIII в. было периодом накопления общих предпосылок для перехода на уровень систематизированного научно-исследовательского процесса, превращения биологии в науку.
В плеяде выдающихся биологов XVIII века звезды первой величины – Ж. Бюффон (1707–1788) и К. Линней (1707–1778). Бюффон в 36-томной «Естественной истории» одним из первых в развернутой форма излагал концепцию трансформизма (ограниченная изменчивость видов и происхождение видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды); он догадывался о роли искусственного отбора, сформулировал идею единства живой природы и единства плана строения живых существ.
К. Линней создал утонченную систему искусственной классификации, подытожил в ней длительный исторический период эмпирического накопления биологических знаний (он описал свыше 10 тыс. видов растений и свыше 4 тыс. видов животных). Вместе с тем Линней осознавал ограниченность задачи создания искусственной системы и ее возможности и считал, что естественная система есть тот идеал, к которому должна стремится биологическая систематика. В XVIII в. идеи естественной классификации развивались, например, Б. Жюсье, который рассадил растения в соответствии со своими представлениями об их родстве в ботаническом саду Трианона.
Первые естественные системы не опирались на представление об историческом развитии организмов, а предполагали лишь их некоторое «сродство». Но сама постановка вопроса о «естественном сродстве» толкала на выявление объективных закономерностей единого плана строения живого.
Важнейшим событием в истории биологии XIX в. является создание Ч. Дарвином теории эволюции органического мира. Эта теория позволила представить прогрессивное развитие органических форм как процесс приспособления биологических организмов к изменяющимся условиям среды под влиянием естественного отбора. Селекционная теория явилась важнейшей вехой в историческом развитии биологического познания, революционным преобразованием биологии, а имя Дарвина по достоинству заняло свое место в плеяде великих преобразователей естествознания. В основу своей теории Дарвин положил следующие принципы;
– принцип наследственности и изменчивости;
– принцип борьбы за существование;
– принцип естественного отбора.
Принцип наследственности и изменчивости предполагает, что не любое изменение организма передается по наследству. Дарвин разграничивает два вида изменчивости – определенная и неопределенная. Определенная изменчивость – это способность всех особей одного вида определенным образом реагировать на изменения условий внешней среды (климат, пищу и др.).
Определенная изменчивость не наследуется, а значит, не поставляет материал для органической эволюции.
Неопределенная изменчивость – это происходящие в самых различных направлениях изменения организма, вызванные опосредующим воздействием внешней среды. Неопределенная изменчивость носит наследственный характер и незначительные отличия в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения. В этом его теория эволюции существенно отличается от теории эволюции Ж. Б. Ламарка, отводившего решающую роль в развитии организмов определенной изменчивости.
Неопределенная изменчивость связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но среди них встречаются и такие мутации, которые в определенных условиях оказываются перспективными и способствуют прогрессу органических форм. Дарвин не ставил вопроса о конкретной природе неопределенной изменчивости Он понимал, что в его время еще не созрели условия для полного понимания сущности неопределенной изменчивости. Только в середине XX в. в связи с развитием молекулярной биологии была приоткрыта завеса над тайной природы неопределенной изменчивости.
Принцип борьбы за существование отражает очень важную общую закономерность, заключающуюся в избыточности потомства при недостаточности ресурсов. Каждый вид производит особей больше, чем их выживает до взрослого состояния. Остальные особи гибнут в «борьбе за жизнь», в «борьбе за существование». Такая борьба является необходимым условием органического прогресса.
Принцип естественного отбора указывает на тот реальный механизм, который позволяет осуществлять выбраковку ненужных форм и образование новых видов. В процессе борьбы за существование даже малейшие различия дают определенные преимущества одним организмам и приводят к гибели другие организмы. В конечном итоге в живых остаются лишь такие организмы, которые обладают в данных условиях среды более благоприятными свойствами; эти свойства передаются по наследству и способствуют образованию новых видов.
В XIX в. сложились методологические установки классической биологии.
В их основе признание объективного, независящего от сознания и воли человека, существования органических форм. В биологии гораздо дольше, чем в других отраслях естествознания, сосуществовали объективно-идеалистическая и материалистическая трактовки природы объекта. По мере развития биологии стихийная материалистическая ориентация ученых становилась все более весомой. В XIX в. укреплялось представление о том, что мир органических форм, мир живого образовался естественным образом, порожден материальной природой без прямого либо косвенного вмешательства потусторонних сил.
Классическая биология исходила из того, что мир живого имеет определенные объективные закономерности, порядок, структуру, эти закономерности познаваемы средствами науки.
Классическая биология концентрировалась лишь на одном качественно определенном уровне организации живого (организменном либо клеточном, реже – тканевом), который одновременно считался и первичным. Классическая биология была организме-центричной. Надорганизменные уровни (колонии, популяции, вид, биоценоз, биогеоценоз, биосфера) рассматривались как производные, вторичные, для которых характерны лишь аддитивные, не интегративные свойства. Это – ориентация на моносистемность.
Классическая биология исходила из представления о том, что органический мир есть, с одной стороны, некое многообразие форм, явлений, процессов, а, с другой стороны, одновременно он должен представлять из себя и некоторое единство. Важнейшей методологической установкой классической биологии было представление о том, что природа живого может быть понята и объяснена только через знание его истории. История же органического мира может и должна получить научнорационалистическое объяснение.
Классическая биология – это биология по преимуществу наблюдательная. Внедрение метода эксперимента в основные отрасли биологии, в том числе и в теорию эволюции – заслуга XX в.
Методологические установки классической биологии не позволяли выразить тождество противоположных сторон целостного системного объекта. В результате, всеобщие характеристики системной организации воспроизводились в двух противоположных методологических регулятивах: редукционизм и целостный подход; механистический детерминизм и телеология; противопоставление структурно-инвариантного и генетико-исторического подходов.
Кроме того, классической биологии свойственна ориентация на неизменность факторов эволюции.
И, наконец, классическая биология исходила из того, что структура познавательной деятельности в биологии неизменна, методологические установки биологического познания исторически не развиваются.
Современная физическая картина мира
Рубеж XIX–XX вв. ознаменовался новой революцией в естествознании, результатом которой явилось создание неклассического естествознания, новой (третьей по счету) научной картины мира и новых систем методологических установок познания. Содержанием революции в физике явилось создание двух относительно самостоятельных способов описания физических процессов – релятивистского и квантового. Формирование релятивистского способа описания начинается во второй половине 80-х годов XIX в. актуализацией проблемы взаимодействия между веществом и эфиром и развивается в направлении разрешения тех принципиальных теоретических затруднений, с которыми столкнулась электродинамика движущихся тел.
Принципиальные и теоретические основания этого способа описания закладываются А. Эйнштейном в специальной теории относительности (1905) и общей теории относительности (1916). При изучении этой темы кроме указанной литературы можно использовать любой учебник по физике, в котором излагаются специальная и общая теории относительности, а также любую популярную книгу, в которой излагается история физики XX в.
При чтении литературы следует обратить внимание на содержание таких фундаментальных понятий как «событие», «инерциальная система отсчета», «относительность», «одновременность событий», «интервал времени», «длина», «пространственно-временной интервал», а также таких фундаментальных понятий как электромагнитное и гравитационное поля, метрика пространства-времени, «кривизна пространства», риманов характер пространственно-временного континуума, единство инерции, гравитации и метрики пространства-времени.
Кроме того, следует обратить внимание на содержание исходных постулатов специальной теории относительности – принципа относительности и принципа постоянства скорости света; и исходных постулатов общей теории относительности – общего принципа относительности и принципа эквивалентности.
Формирование квантового способа описания также начинается в 80-х гг. XIX в. исследованием закономерностей интенсивности излучения абсолютно черного тела (как функции частоты колебаний и температуры) и систематизацией эмпирических исследований спектров. Дальнейшие важнейшие вехи этого пути – квантовая гипотеза М. Планка (1900), построенная на принципе соответствия теория атома Н. Бор (1913), формирование идеи квантово-волнового дуализма (1925) и разработка волнового и матричного вариантов нерелятивистской квантовой механики (В. Гейзенберг, Э. Шредингер и др.) (1927).
При подготовке материалов этой темы можно использовать кроме той литературы, которая указана нами в этом пособии, разделы и главы любого учебника по общей физике, в которых излагается содержание квантовой механики, а также любую книгу по истории физики, в которой представлена история создания квантовой механики.
При подготовке рекомендуется обратить внимание на содержание постулатов квантовой механики, таких ее методологических принципов как принцип соответствия и принцип дополнительности, на специфику квантово-механического описания физической реальности, на содержание таких фундаментальных понятий квантовой физики как «волна», «частица», «физическая реальность», на роль измерительных процедур в квантово-механическом исследовании и др.
Во второй половине XX в. основное внимание в физике обращено на создание теорий, раскрывающих с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фундаментальных взаимодействий – электромагнитного, «сильного», «слабого» и гравитационного.
На основе представления о разного рода калибровочных симметриях созданы и получили хорошее эмпирическое обоснование квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, теория кварков, квантовая хромодинамика, есть перспективы на создание единой теории электромагнитного, «слабого» и «сильного» взаимодействий.
Физики ожидают, что в отдаленной перспективе к ним должно быть присоединено и гравитационное взаимодействие, о природе которого высказываются разные точки зрения (искривление пространства-времени, некоторое силовое поле с гравитоном как его квантом, и то и другое вместе, и др.). Трудно сказать, как далеко находится наука от реализации этой великой цели – структуры материи.
Современная астрономическая картина мира
Формирование релятивистского и квантового способов описания повлекло за собой и глубинные революционные изменения в системе астрономического познания XX в. Превращение астрономии во всеволновую, обнаружение нестационарных процессов во Вселенной, обнаружение реликтового излучения, формирование релятивистской космологии и др. существенно преобразовали методологические установки астрономии, астрономическую картину мира. Основные направления, по которым произошло размежевание методологических установок современной, неклассической астрономии XX в. и классической астрономии следующие.
Во-первых, отказ от признания неизменности структуры космических образований и подчеркивание фундаментальной роли структурной эволюции Вселенной (выделение микро-, макро- и мегамиров; представление о детерминации структуры Вселенной ее историей и, как следствие, – доминирующая роль космогонического аспекта в системе астрономического знания; выдвижение идеи о наличии дезинтегрирующих, взрывных процессов в эволюции космических тел; и др.).
Во-вторых, изменение пространственно-временных представлений (идея относительности топологической структуры пространства-времени) и др.).
В-третьих, отказ от идеи единственности Вселенной.
В-четвертых, изменение представлений об эмпирическом и теоретическом базисах астрономического познания, явное введение представления о необходимости учета «условий познания» и периодической смены астрономических способов описания.
Современная релятивистская космология обладает мощным теоретическим аппаратом для построения моделей, воспроизводящих эволюцию нашей Вселенной, начиная с долей секунды вплоть до настоящего времени. Знания об эволюции Вселенной – от образования элементарных частиц до образования звезд, галактик, планетных систем – постепенно выстраиваются в достаточно стройную и непротиворечивую картину.
Современная биологическая картина мира
К рубежу XIX–XX вв. биология, как и физика, подошла в состоянии глубокого кризиса своих методологических оснований. Он проявился прежде всего в многообразии и противоречии оценок и интерпретаций сущности эволюционной теории и интенсивно накапливавшихся данных в области генетики. Теоретике методологический выход из кризисной ситуации был найден лишь в 20-40-х годах XX в.
К рубежу XIX–XX вв. биология, как и физика, подошла в состоянии глубокого кризиса своих методологических оснований. Он проявился прежде всего в многообразии и противоречии оценок и интерпретаций сущности эволюционной теории и интенсивно накапливавшихся данных в области генетики. Теоретике методологический выход из кризисной ситуации был найден лишь в 20-40-х годах XX в. на основе
Основные направления изменения методологических установок биологического познания в XX в. следующие:
Во-первых, формируется качественно новое представление объекта познания – полисистемное видение биологического мира, отказ от моноцентризма и организмоцентризма в пользу полицентризма и популяционного стиля мышления.
Во-вторых, складывается качественно новая гносеологическая ситуация, требующая явного указания на условия познания, на особенности субъект-объектных отношений.
В-третьих, установление диалектического единства ранее противопоставлявшихся друг другу подходов (единство описательно-классифицирующего и объяснительно-номотетического; операций расчленения, редукции с процессами интегрирующего воспроизводства целостности; структурного и исторического подходов; функционально-целевого и статистически-вероятностного и др.).
В-четвертых, углубление единства эмпирических исследований с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающим его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.
Современная биология стоит, по-видимому, на пороге понимания молекулярных основ сущности живого что позволит революционизировать медицину, сельское хозяйство, сам образ жизни человека. Качественно новые подходы наметились в решении двух важнейших мировоззренческих проблем – проблеме происхождения жизни и проблеме происхождения человека (антропосоциогенеза).
Мировоззренческая нацеленность биологии реализуется в двух направлениях:
1) на человека, на выявление взаимосвязей биологического и социального в человеке; способов функционирования биологического в социальном. Все в большей степени человек становится исходной «точкой отсчета» биологической науки, от него, для него и на него будет непосредственно ориентироваться познание живого. Это направление развивается в контексте взаимосвязи биологического и социального познания; историческим пьедисталом здесь выступает процесс антропосоциогенеза, выявление биологических предпосылок становления человека и общества.
2) на мир, на выявление закономерностей включенности живого в эволюцию Вселенной, перспектив биологического мира в развитии мира космического. Эго направление раскрывается прежде всего через взаимосвязь биологических и астрономических наук.
Во второй половине XX в. складывается новый интересный подход. Он связан с так называемым антропным принципом в космологии. Содержание этого принципа в том, что возникновение человечества, познающего субъекта (а значит, и предваряющего в эволюции Вселенной социальную форму материи органического мира) было возможным в силу того, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной (ее глубинная структура) именно таковы, какими они являются; если бы они были хотя бы чуть-чуть другими, Вселенную просто некому было бы познавать.
Данный принцип указывает на наличие глубокого внутреннего единства закономерностей исторической эволюции Вселенной с предпосылками возникновения и эволюции органического мира (вплоть до антропосоциогенеза), на существование некоторого типа универсальных системных связей, определяющих целостный характер существовании и развития нашей Вселенной.
Самоорганизация в живой и неживой природе
Синергетика – теория самоорганизации. Суть этой теории в следующем: Вселенная представляет из себя множество систем. И лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые системы, как механизмы. Во Вселенной таких “ закрытых» систем меньшинство. Подавляющее большинство реальных систем открытые – это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.
К такого рода системам относятся прежде всего биологические и социальные системы. Но если большинство систем Вселенной носят открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность.
В открытых системах существуют флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной (например, если существует положительная обратная связь), что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (точка бифуркации) принципиально невозможно сказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры – лазерные пучки, неустойчивости плазмы, явления флаттера, химические волны, структуры в жидкостях и др.). Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих радикальному качественному изменению этой структуры.
Главная идея синергетики – это идея о возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Представим себе, что в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого. (Специалисты говорят в таких случаях о петле положительной обратной связи.). Такая система начнет самоорганизовываться и будет противостоять тенденции ее разрушения средой.
В химии аналогичное явление принято называть автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции встречаются редко, но, как показали исследования по молекулярной биологии последних десятилетий, петли положительной обратной связи (вместе с другими связями – взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют самую основу жизни.
Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации, от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура) – глобальный эволюционизм.