Основные исторические этапы развития естествознания

Тема: Основные исторические этапы развития естествознания.

Научные революции и картины мира.

Под научной картиной мира классики естествознания понимают систематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества. Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер важнейших знаний о природе, ввели понятие «естественнонаучная картина мира». Под естественнонаучной картиной мира понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе объяснения мира.

Наука в целом развивается непрерывно, в определенные периоды выдвигаются науки, которые являются лидерами, они и определяют картину мира. Совокупность теоретико-методологических установок принятых за образец исследования, получила название парадигмы. Коренные изменения во взглядах на мир называются научными революциями.

В истории естествознания можно выделить следующие картины мира:

1.Натурфилософская картина мира (У в. до н.э. – ХУ в. н.э). Основные представители: Демокрит, Аристотель, Птоломей и др.

Основные характеристики:

- все теоретическое знание о мире обозначалось термином «философия», философы пишут трактаты о природе;

- для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом, чисто умозрительные схемы;

- деление мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир;

- геоцентризм – в центр мироздания поставлена Земля, вокруг нее по совершенным орбитам окружностям обращаются планеты и Солнце, далее по сфере расположены звезды.

Гениальные догадки древних:

-атомистическая гипотеза строения вещества (Демокрит, Левкипп, Эпикур);

-идея эволюции (Эмпедокл – ок. 430 г. до н.э.).

2.Первая научная революция происходит на рубеже ХУ – ХУ1 вв. Формируется совершенно новое видение мира, новые представления о его структуре и функционировании, новые способы, методы познания мира.

Н.Коперник, Дж.Бруно. В результате формируется механистическая картина мира ХУ11 – Х1Х вв) – Галилей, Кеплер, Ньютон.

Основные характеристики:

- гелиоцентрическая система мира – в центр мироздания поставлено Солнце, вокруг него по вытянутым орбитам – эллипсам обращаются планеты, Земля на третьем месте;

- мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчиненным некоторым общим закономерностям единой механики (разрушено представление о перводвигателе, приводящем Землю в движение с точки зрения Аристотеля);

- показана ограниченность чувственного познания, неспособного отличить то, что нам представляется от того что в действительности имеет силу, доказывается необходимость критического разума;

- подрыв доверия к религиозной картине мира. Коперник умер в год выхода гл. труда «Об обращении небесных сфер»

Тихо Браге (1546 – 1601) – датский астроном сумел рассчитать орбиту кометы, проходящей вблизи планеты Земля, показав, что нет твердой ограниченной сферы Вселенной (как полагал Коперник).

Дж.Бруно (1548 – 1600) – отрицал наличие центра Вселенной;

- тезис о бесконечности Вселенной;

- о бесконечном количестве миров.

17 февраля 1600 г. сожжен на костре на площади цветов, в Риме. Однако это не смогло остановить прогресса познания человеком мира. Формируется новая механистическая картина мира (Галилей, Кеплер, Ньютон).

Основные характеристики механистической картины мира:

- все состояния механического движения тел по отношению ко времени считаются в принципе одинаковыми, т.е. время считается обратимым;

- абсолютизируется механическая форма движения: законами механики пытаются объяснить и другие формы изменений материи;

- принцип жесткого лапласовского детерминизма: признание возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием;

- пространство и время считаются абсолютными, никак не связанными с движением тел;

- сведение закономерностей более высоких форм движения материи к законам простейшей его формы движения материи – механическому движению;

- связь механицизма с принципом дальнодействия, согласно которому действия и сигналы могут передаваться в пустоте с какой угодно большой скоростью.

3.Электромагнитная картина мира (Х1Х в). Эрстед, Максвелл, Герц.

Механическая картина мира знала только один вид материи – вещество, состоящее из частиц, имеющих массу. В электромагнитной картине мира открывается новый вид материи – поле.

В Х1Х веке к числу свойств частиц прибавляется электрический заряд. Обладание электрическим зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим свойством, как и масса.

Установлена взаимосвязь электрических и магнитных явлений датским физиком Эрстедом (цепь, магнитная стрелка).

Майкл Фарадей, англ.физик, вращая в магнитном поле замкнутый контур, открыл в нем эл. ток.

Английский физик Максвелл создает электромагнитную теорию, математическое описание опытов Фарадея.

Герц, немецкий физик, проверил теоретические выводы Максвелла, также указал на принципиальную тождественность полученных им электромагнитных полей и световых волн.

Любые попытки распространить механический принцип на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными. Отказ от особой универсальной роли механики.

3-я научная революция связана с диалектизацией естествознания – проникновением в естествознание идеи развития и всеобщей взаимосвязи.

И.Кант (1724 – 1804) – попытка исторически объяснить происхождение Солнечной системы.

Лаплас – гипотеза образования планет из газовой массы вокруг Солнца.

Две концепции развития: путем катастроф (Кювье) и путем эволюции (Ламарк – видел в окружающей среде движущую силу эволюции органического мира). Изменения в окружающей среде вели к изменениям в потребностях животных, следствием чего были изменения их жизнедеятельности.

Чарльз Лайель показал, что все изменения, которые произошли в течение геологической истории, происходят под влиянием тех же факторов, которые действуют и в настоящее время. Это сокрушительный удар по концепции катастроф. Не надо для объяснений гипотезы катастроф, надо допустить лишь длительный срок существования Земли.

Совершенствовалась идея эволюции в трудах Ч.Дарвина (1809 – 1882 гг.).

Наличие всеобщих связей в природе подтвердили такие естественнонаучные открытия:

- создание клеточной теории (Шлейден – ботаник – все растения состоят из клеток, биолог Шванн – распространил этот вывод на мир животных). Так было доказано единство строения органического мира;

- превращение одной формы энергии в другую. Немецкий врач Майер установил, что венозная кровь больных в тропиках краснее, чем в Европе. Объяснил тем, что при высоких температурах в организме сгорает меньше пищи, поскольку тело требует меньше тепла, в венозной крови больше остается кислорода. Английский физик Джоуль на основе экспериментальных исследований сделал вывод: теплоту можно создавать при помощи механической работы.

Таким образом, принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи, основополагающие принципы диалектики, получили естественнонаучное обоснование.

4-я научная революция связана с исследованием материи вглубь, с исследованием явлений микромира. Выводы физики коренным образом изменили взгляд на мир.

Основные открытия:

В 1896г. фр. физик Беккерель открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли (явление естественной радиоактивности).

Пьер Кюри и Мария Склодовская Кюри (исследовали полоний, радий) это свойство назвали радиоактивностью.

Англ. физик Томсон открыл первую элементарную частицу, названную электроном. Открыта зависимость массы электрона от скорости движения.

В 1903 году предложена первая электромагнитная модель атома (кекс с положительными частицами внутри).

В 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома (вокруг положительного ядра движутся отрицательно заряженные электроны).

Н.Бор: - в любом атоме существуют стационарные орбиты, по которым электрон двигается не излучая;

- при переходе с одной стационарной орбиты на другую происходит либо излучение, либо поглощение энергии. При переходе на более удаленную орбиту энергия атома увеличивается, ближе к ядру – уменьшается.

Создание квантовой теории М.Планком, новых представлений испускания и поглощения излучения, только дискретно, порциями, квантами.

Установлена возможность превращения одного вещества в другое.

Квантово-механическая картина мира, ее основные принципы:

Принцип корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов: микрочастицы, такие как электрон, протон, нейтрон и др. обладают двойственными свойствами. Все микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Это явление назвали дуализмом волны и частицы.

Принцип дополнительности Н.Бора: корпускулярная картина описания микрообъекта должна быть дополнена волновым альтернативным описанием. Объединение в одном микрообъекте одновременно волновых и корпускулярных свойств, представляет собой фундаментальную характеристику микромира.

Принцип неопределенности Гейзенберга: если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантово-механическом описании, например, координаты «х», то значение другой величины, а именно скорости или импульса, нельзя определить с такой же точностью. Иначе, чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем меньше точной оказывается другая величина.

Из принципа неопределенностей следует: невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянной Планка. Отличие квантовой механики от классической механики в том, что ее предсказания всегда имеют вероятностный характер.

Выводы квантовой механики, повлиявшие на мировоззрение в целом:

- в принципиальной неопределенности результатов измерений;

- невозможность точного предвидения будущего;

- влияние приборов на объект исследования;

- мир заговорил о «свободе воли» электрона, тем самым привлечено внимание к проблеме свободы вообще.

Наука ХХ века принесла немало сенсационных открытий.

В 1905 году Альберт Эйнштейн (1879 – 1955) опуликовал специальную теорию относительности. Главный вывод: пространство и время не абсолютны, они неразрывно связаны с материей и между собой.

Из общей теории относительности следует, что пространственно-временная организация мира зависит от гравитационного поля, поле тяготения определяет геометрию пространства-времени.

Лебедев и Бройль создали корпускулярно-волновую теорию света.

Формируется квантово-релятивистская картина мира.

В последней трети ХХ века господствующей становится синергетическая парадигма. Синергетика – междисциплинарное направление, исследующее процессы самоорганизации, протекающие в сложных, сильнонеравновесных открытых системах.

В.С. Степин, в историческом развитии науки, выделяет три типа научной рациональности:

1.классический тип научной рациональности (ХУ11 - ХУ111 в.) - Коперник, Галилей, Бруно, Ньютон.

Его особенности:

- при теоретическом объяснении и описании объекта необходимо абстрагирование от субъекта, его мировоззренческих ценностей и ориентаций; при применении законов и методов, при совершении операций и процедур исследования. Формируется т.н. объектный стиль исследования: объект исследуется вне связи с субъектом;

общезначимой является механическая картина мира, механическая парадигма познания;

- формируются соответствующие эпохе мировоззренческие нормы и ценностные ориентации:

-механицизм - абсолютизация законов механики, попытка объяснить с их помощью все другие процессы в т.ч. общественные, сущность человека;

-редукционизм - сведение закономерностей высших форм движения к низшим;

-гелиоцентризм - в центр мироздания было поставлено Солнце вокруг которого по вытянутым орбитам эллипсам вращаются планеты, Земля на третьем месте;

-эмпиризм - главным источником познания объявляется опыт;

-рационализм - вера в безграничные возможности разума;

-принцип жесткого лапласовского детерминизма : если знаем начальное положение системы, то можно строго и однозначно определить ее последующее положение.

2.неклассический тип рациональности (Х1Х-сер.ХХ). Неклассическое естествознание связанно с разработкой квантовой механики (Н. Бор, М. Планк) и релятивистской механики, теории относительности (А. Эйнштейн).

Формулируются следующие принципы:

Принцип дополнительности Бора: корпускулярная картина описания микрообъектов должна быть дополнена волновым альтернативным описанием.

Принцип неопределенности, сформулированный Гейзенбергом гласит: Невозможно с одинаковой точностью определить положение и импульс частицы. Если знаем координату частицы, то невозможно с той же точностью определить скорость (импульс). О микрочастице мы можем иметь вероятностные предположения.

Принцип относительности: положение тела можно определить лишь по отношения к другому телу принятому за систему отсчета. Нет абсолютной системы отсчета. Пространство и время не являются абсолютными, они зависят от скорости движения и гравитационного поля (масс тяготения).

Для неклассического типа рациональности становится характерным:

-учет зависимости результатов исследования от характера тех средств, к которым прибегает ученый, от специфики тех операций, которым подвергается изучаемый объект, то есть ставится проблема влияния прибора и субъекта исследования на объект изучения, осмысливается связь между знанием и объектом.

-что же касается самого субъекта, его внутренних (личных) и социальных ценностей и целей, которые его характеризуют, - все это, по-прежнему не находит отражения в описании и объяснении природы.

Мир заговорил в терминах: относительность, дискретность, вероятность, квантование, дополнительность, о свободе воли электрона - тем самым было привлечено внимание к свободе вообще.

3.Постнеклассический тип рациональности, постнеклассическая наука (последняя треть ХХв. - нач.ХХ1).

Для науки этого периода характерно исследование сверхсложных, саморазвивающихся систем, междисциплинарность этих исследований.

Господствующей становится синергетическая парадигма. Парадигма становления и самоорганизации.

Постнеклассический тип научной рациональности характеризуется тем, что;

- деятельность ученого рассматривается в более широком поле: учитывается соотнесенность получаемых знаний об объекте 1)с исследовательскими средствами и операциями, 2)с ценностями и целевой ориентацией ученого (как внутринаучной, так и вненаучной, социальной). Тем самым признается социокультурная обусловленность исследования, включенность субъективной деятельности в "тело Знания".

-осознание необходимости придания научно-техническому развитию гуманистического измерения (без отказа от научно-технического развития), что в свою очередь, ставит проблему нового типа рациональности, включающей в себя в явном виде гуманистические ориентиры и ценности.

Новое понятие - гуманистическое измерение науки - означает рассмотрение научной деятельности с точки зрения интересов человека.

Основные принципы синергетической картины мира:

- принцип системности мира;

- принцип многовариантности путей развития;

- принцип открытости, то есть влияния многообразных факторов на систему, ее развитие;

- принцип нелинейности;

- принцип обратной связи;

- необходимости учета случайностей как всеобщей формы изменений;

- открытая система является динамичным образованием;

- малые возмущения (флуктуации – малые отклонения от среднего положения) способны разрастаться в макроструктуры, новые структуры.

Основные понятия: открытая система, нелинейность, флуктуации, бифуркация, аттрактор, многовариантность, хаос, случайность, порядок, самоорганизация.

Основные исторические этапы развития естествознания