Природничо-наукова картина миру

Уявлення про властивостi й особливостi навколишньоi нас природи виникають на основi тих знань, якi в кожний iсторичний перiод дають нам рiзнi науки, що вивчають рiзнi процеси i явища природи. Оскiльки природа являi собою щось iдине й цiле, остiльки й знання про неi повиннi мати цiлiсний характер, тобто являти собою певну систему. Таку систему наукових знань про природу здавна називають Природознавством. Ранiше в Природознавство входили всi порiвняно нечисленнi знання, якi були вiдомi про Природу, але вже з епохи Вiдродження виникають i вiдокремлюються окремi його галузi й дисциплiни, починаiться процес диференцiацii наукового знання. Ясно, що не всi цi знання i однаково важливими для розумiння навколишньоi нас природи.

Щоб пiдкреслити фундаментальний характер основних i найважливiших знань про природу, ученi ввели поняття природничо-науковоi картини миру, пiд якою розумiють систему найважливiших принципiв i законiв, що лежать в основi навколишнi нас миру. Сам термiн "картина миру" указуi, що мова йде тут не про частину або фрагмент знання, а про цiлiсну систему. Як правило, у формуваннi такоi картини найбiльш важливого значення набувають концепцii й теорii найбiльш розвинених у певний iсторичний перiод галузей природознавства, якi висуваються в якостi його лiдерiв. Не пiдлягаi сумнiву, що лiдируючi науки накладають свою печатку на подання й науковий свiтогляд учених вiдповiдноi епохи. Але це аж нiяк не означаi, що iншi науки не беруть участь у формуваннi картини природи. У дiйсностi вона виникаi як результат синтезу фундаментальних вiдкриттiв i результатiв дослiдження всiх галузей i дисциплiн природознавства.

РЖснуюча картина природи, що малюiться природознавством, у свою чергу впливаi на iншi галузi науки, у тому числi й соцiально-гуманiтарнi. Такий вплив виражаiться в поширеннi концепцiй, стандартiв i критерiiв науковостi природознавства на iншi галузi наукового пiзнання. Звичайно саме концепцii й методи наук про природу й картина миру в цiлому в значнiй мiрi визначають науковий клiмат епохи. У найтiснiшiй взаiмодii з розвитком наук про природу починаючи з XVI в. розвивалася математика, що створила для природознавства такi потужнi математичнi методи, як диференцiальне й iнтегральне вирахування.

Однак без облiку результатiв дослiдження економiчних, соцiальних i гуманiтарних наук нашi знання про свiт у цiлому будуть свiдомо неповними й обмеженими. Тому варто розрiзняти природничо-наукову картину миру, що формуiться з досягнень i результатiв пiзнання наук про природу, i картину миру в цiлому, у якiй як необхiдне доповнення входять найважливiшi концепцii й принципи суспiльних наук.

Однак ще до появи наукових уявлень про природу люди замислювалися про навколишнiй iхнiй свiт, його будовi й походженнi. Такi подання спочатку виступали у формi мiфiв i передавалися вiд одного поколiння до iншого. Вiдповiдно до найдавнiших мiфiв, весь видимий упорядкований i органiзований мир, що в античностi називався космосом, вiдбувся з дезорганiзованого миру, або неупорядкованого хаосу.

В античнiй натурфiлософii, зокрема в Аристотеля (384-322 до н.е.), подiбнi погляди знайшли своi вiдбиття в розподiлi миру на зроблений небесний космос i недосконалий земний мир. Сам термiн "космос" позначав у стародавнiх грекiв усяку впорядкованiсть, органiзацiю, досконалiсть, погодженiсть i навiть вiйськового лад. Саме така досконалiсть i органiзованiсть приписувалися небесному миру.

З появою експериментального природознавства й науковоi астрономii в епоху Вiдродження була показана явна неспроможнiсть подiбних уявлень. Новi погляди на навколишнiй свiт стали ТСрунтуватися на результатах i висновках природознавства вiдповiдноi епохи й стали тому називатися природничо-науковою картиною миру. Однiii з перших виникла механiстична картина миру, оскiльки вивчення природи почалося з аналiзу найпростiшоi форми руху матерii - механiчного перемiщення тел.

Механiстична картина миру

Становлення механiстичноi картини миру справедливо зв'язують iз iм'ям Галiлео Галiлея, що встановив закони руху вiльно падаючих тiл i сформулював механiчний принцип вiдносностi. Але головна заслуга Галiлея в тiм, що вiн уперше застосував для дослiдження природи експериментальний метод разом з вимiрами дослiджуваних величин i математичною обробкою результатiв вимiрiв. Якщо експерименти ставилися й ранiше, те математичний iхнiй аналiз уперше систематично став застосовувати саме вiн.

Пiдхiд Галiлея до вивчення природи принципово вiдрiзнявся вiд ранiше iснуючого натурфiлософського способу, при якому для пояснення явищ природи придумувалися апрiорнi, не пов'язанi з досвiдом i спостереженнями, чисто умогляднi схеми.

Натурфiлософiя, що виходить з ii назви, являi собою спробу використовувати загальнi фiлософськi принципи для пояснення природи. Такi спроби вживали ще з античноi епохи, коли недолiк конкретних даних фiлософи прагнули компенсувати загальними фiлософськими мiркуваннями. РЖнодi при цьому висловлювалися генiальнi здогади, якi на багато сторiч випереджали результати конкретних дослiджень. Досить нагадати хоча б про атомiстичну гiпотезу будови речовини, що була висунута давньогрецьким фiлософом Левкипом (V до н.е.) i бiльш детально обТСрунтована його учнем Демокритом (ок. 460 до н.е. - г. смертi неизв.), а також про iдею еволюцii, висловленоi Емпедоклом (ок. 490 - ок. 430 до н.е.) i його послiдовниками. Однак пiсля того як поступово виникали конкретнi науки й вони вiддiлялися вiд фiлософського знання, натурфiлософськi пояснення стали гальмом для розвитку науки.

У цьому можна переконатися, зрiвнявши погляди на рух Аристотеля й Галiлея. Виходячи з апрiорноi натурфiлософськоi iдеi, Аристотель уважав "зробленим" рух по колу, а Галiлей, опираючись на спостереження й експеримент, увiв поняття iнерцiального руху. На його думку, тiло, не пiддане впливу яких-небудь зовнiшнiх сил, буде рухатися не по колу, а рiвномiрно по прямоi траiкторii або залишатися в спокоi. Таке уявлення, звичайно, - абстракцiя й iдеалiзацiя, оскiльки в дiйсностi не можна спостерiгати таку ситуацiю, щоб на тiло не дiяли якi-небудь сили. Однак ця абстракцiя i плiдноi, тому що вона подумки продовжуi той експеримент, що приблизно можна здiйснити в дiйсностi, коли, iзолюючись вiд дii цiлого ряду зовнiшнiх сил, можна встановити, що тiло буде продовжувати свiй рух у мiру зменшення впливу на нього стороннiх сил.

Перехiд до експериментального вивчення природи й математична обробка результатiв експериментiв дозволили Галiлею вiдкрити закони руху вiльно падаючих тел. Принципова вiдмiннiсть нового методу дослiдження природи вiд натурфiлософського складалося, отже, у тiм, що в ньому гiпотези систематично перевiрялися досвiдом. Експеримент можна розглядати як питання, звернений до природи. Щоб одержати на нього певна вiдповiдь, необхiдно так сформулювати питання, щоб одержати на нього цiлком однозначна й певна вiдповiдь. Для цього варто так побудувати експеримент, щоб по можливостi максимально iзолюватися вiд впливу стороннiх факторiв, якi заважають спостереженню дослiджуваного явища в "чистому видi" . У свою чергу гiпотеза, що представляi собою питання до природи, повинна допускати емпiричну перевiрку виведених з ii деяких наслiдкiв. У цих цiлях, починаючи з Галiлея, стали широко використовувати математику для кiлькiсноi оцiнки результатiв експериментiв.

Таким чином, нове експериментальне природознавство на вiдмiну вiд натурфiлософських здогадiв i умоглядiв минулого стало розвиватися в тiснiй взаiмодii теорii й досвiду, коли кожна гiпотеза або теоретичне припущення систематично перевiряються досвiдом i вимiрами.

Саме завдяки цьому Галiлею вдалося спростувати колишнi припущення, висловлене ще Аристотелем, що шлях падаючого тiла пропорцiйний його швидкостi. Почавши експерименти з падiнням важких тiл (гарматних ядер), Галiлей переконався, що цей шлях пропорцiйний iхньому прискоренню, рiвному 9,81 м/с. З астрономiчних досягнень Галiлея слiд зазначити вiдкриття супутникiв Юпiтера, а також виявлення плям на Сонце й гiр на Мiсяцi, що пiдривало колишню вiру в досконалiсть небесного космосу.

Новий великий крок у розвитку природознавства ознаменувався вiдкриттям законiв руху планет. Якщо Галiлей мав справу з вивченням руху земних тiл, то нiмецький астроном РЖоганн Кеплер (1571-1630) насмiлився дослiджувати руху небесних тiл, вторгся в область, що ранiше вважалася заборонноi для науки. Крiм того, для свого дослiдження вiн не мiг звернутися до експерименту й тому змушений був скористатися багаторiчними систематичним спостереженнями руху планети Марс, зробленими датським астрономом Тихо Бразi (1546-1601). Перепробувавши безлiч варiантiв, Кеплер зупинився на гiпотезi, що траiкторiiю Марса, як i iнших планет, i не окружнiсть, а елiпс. Результати спостережень Бразi вiдповiдали цiй гiпотезi й тим самим пiдтверджували ii.

Вiдкриття законiв руху планет Кеплером мало неоцiненне значення для розвитку природознавства. Воно свiдчило, по-перше, про те, що мiж рухами земних i небесних тiл не iснуi непереборноi прiрви, оскiльки всi вони пiдкоряються певним природним законам, по-друге, сам шлях вiдкриття законiв руху небесних тiл у принципi не вiдрiзняiться вiд вiдкриття законiв земних тел. Правда, iз-за неможливостi здiйснення експериментiв з небесними тiлами для дослiдження законiв iхнього руху довiвся звернутися до спостережень. Проте й тут дослiдження здiйснювалося в тiснiй взаiмодii теорii й спостереження, ретельнiй перевiрцi висунутих гiпотез вимiрами рухiв небесних тел.

Формування класичноi механiки й заснованоi на нiй механiстичноi картини миру вiдбувалося по двох напрямках:

1) узагальнення отриманих ранiше результатiв i насамперед законiв руху вiльно падаючих тiл, вiдкритих Галiлеiм, а також законiв руху планет, сформульованих Кеплером;

2) створення методiв для кiлькiсного аналiзу механiчного руху в цiлому.

Вiдомо, що Ньютон створив свiй варiант диференцiального й iнтегрального вирахування безпосередньо для рiшення основних проблем механiки: визначення миттiвоi швидкостi як похiднiй вiд шляху за часом руху й прискорення як похiднiй вiд швидкостi за часом або другою похiдною вiд шляху за часом. Завдяки цьому йому вдалося точно сформулювати основнi закони динамiки й закон всесвiтнього тяжiння. Тепер кiлькiсний пiдхiд до опису руху здаiться чимсь саме собою що розумii, але в XVIII в. це було найбiльшим завоюванням науковоi думки. Для порiвняння досить вiдзначити, що китайська наука, незважаючи на ii безсумнiвнi досягнення в емпiричних областях (винахiд пороху, паперу, компаса й iншi вiдкриття), так i не змогла пiднятися до встановлення кiлькiсних закономiрностей руху. Вирiшальна ж роль у становленнi механiки зiграв, як ми вже вiдзначали, експериментальний метод, що забезпечив можливiсть перевiряти всi здогади, припущення й гiпотези за допомогою ретельно продуманих досвiдiв.

Ньютон, як i його попередники, надавав великого значення спостереженням i експерименту, бачачи в них найважливiший критерiй для вiддiлення помилкових гiпотез вiд щирих. Тому вiн рiзко виступав проти допущення так званих схованих якостей, за допомогою яких послiдовники Аристотеля намагалися пояснити багато явищ i процеси природи.

Сказати, що кожний рiд речей надiлений особливою схованою якiстю, за допомогою якого вiн дii й робить ефекти, - указував Ньютон, - значить нiчого не сказати.

У зв'язку iз цим вiн висуваi зовсiм новий принцип дослiдження природи, вiдповiдно до якого вивести два або три загальнi початки руху з явищ i пiсля цього викласти, яким, образом властивостi й дii всiх тiлесних речей випливають iз цих явних початкiв, - було б дуже важливим кроком у фiлософii, хоча причини цих початкiв i не були ще вiдкритi.

Цi початки руху i являють собою основнi закони механiки, якi Ньютон точно формулюi у своiй головнiй працi "Математичнi початки натуральноi фiлософii", опублiкованому в 1687 р.

Перший закон, що часто називають законом iнерцii, затверджуi:

Усяке тiло продовжуi втримуватися у своiму станi спокою або рiвномiрного прямолiнiйного руху, поки й оскiльки воно не примушуiться прикладеними силами змiнити цей стан.

Цей закон, як вiдзначалося вище, був вiдкритий ще Галiлеiм, що вiдмовився вiд колишнiх наiвних уявлень, що рух iснуi лише тодi, коли на тiло дiють сили. Шляхом уявних експериментiв вiн зумiв показати, що в мiру зменшення впливу зовнiшнiх сил тiло буде продовжувати свiй рух, так що при вiдсутностi всiх зовнiшнiх сил воно повинне залишатися або в спокоi, або в рiвномiрному й прямолiнiйному русi. Звичайно, у реальних рухах нiколи не можна повнiстю звiльнитися вiд впливу сил тертя, опору повiтря й iнших зовнiшнiх сил, i тому закон iнерцii являi собою iдеалiзацiю, у якiй вiдволiкаються вiд дiйсно складноi картини руху й уявляють собi картину iдеальну, котру можна одержати шляхом граничного переходу, тобто за допомогою безперервного зменшення дii на тiло зовнiшнiх сил i переходу до такого стану, коли цей вплив стане рiвним нулю.

Другий основний закон займаi в механiцi центральне мiсце:

Змiна кiлькостi руху пропорцiйно прикладенiй дiючiй силi й вiдбуваiться по напрямку тiii прямоi, по якiй ця сила дii.

Третiй закон Ньютона:

Дiя завжди i рiвноi й протилежно спрямованою протидii, iнакше взаiмодii двох тiл один на одного мiж собою рiвнi й спрямованi в протилежнi сторони.

Виникаi питання: яким способом були вiдкритi цi основнi закони або принципи механiки? Нерiдко говорять, що вони виходять шляхом узагальнення ранiше встановлених приватних або навiть спецiальних законiв, якими i, наприклад, закони Галiлея й Кеплера. Якщо мiркувати за законами логiки, такий погляд не можна визнати правильним, тому що не iснуi нiяких iндуктивних правил одержання загальних тверджень iз часток. Ньютон уважав, що принципи механiки встановлюються за допомогою двох протилежних, але в той же час взаiмозалежних методiв - аналiзу й синтезу.

Як у математицi, так i в натуральнiй фiлософii, - писав вiн, - дослiдження важких предметiв методом аналiзу завжди повинне передувати методу з'iднання. Такий аналiз складаiться у виробництвi досвiдiв i спостережень, витягу загальних висновкiв з них за допомогою iндукцii й недопущеннi iнших заперечень проти висновкiв, крiм отриманих з досвiду або iнших достовiрних iстин. Тому що гiпотези не повиннi розглядатися в експериментальнiй фiлософii. РЖ хоча аргументацiя на пiдставi досвiдiв не i доказом загальних висновкiв, однак це кращий шлях аргументацii, що допускаiться природою речей, i може вважатися тим бiльше сильним, чим загальне iндукцiя.. Шляхом такого аналiзу ми можемо переходити вiд з'iднань до iнгредiiнтiв, вiд рухiв - до сил, iх виробляючоi, i взагалi вiд дiй - до iхнiх причин, вiд приватних причин - до бiльше загальних, поки аргумент не закiнчиться найбiльш загальною причиною.

Такий метод аналiзу, синтез же припускаi причини вiдкритi й установленими як принципи; вiн складаiться в поясненнi за допомогою принципiв явищ, що вiдбуваються вiд них, i доказi пояснень.

Щоб ясно оцiнити революцiйний переворот, здiйснений Ньютоном у механiку й точному природознавствi в цiлому, необхiдно насамперед протиставити його метод принципiв чисто умоглядним побудовам колишньоi натурфiлософii й широко розповсюдженим у його час гiпотезам про "схованi" якостях. Про натурфiлософський пiдхiд до вивчення природи ми вже говорили, вiдзначивши, що в переважнiй бiльшостi таких поглядiв були нiчим не пiдкрiпленими умоглядами й спекуляцiями. РЖ хоча в заголовку книги Ньютона теж зустрiчаiться термiн "натуральна фiлософiя" , в XVII i XVIII ст. вiн позначав вивчення природи, тобто природознавство. Твердження Ньютона, що гiпотези не повиннi розглядатися в експериментальнiй фiлософii, було спрямовано проти гiпотез про "схованi" якостi, справжньоi ж гiпотези, що допускають експериментальну перевiрку, становлять основу й вихiдний пункт всiх дослiджень у природознавствi. Як неважко догадатися, самi принципи теж i гiпотезами глибокого й досить загального характеру.

При розробцi свого методу принципiв Ньютон орiiнтувався на аксiоматичний метод, блискуче застосований Евклiдом при побудовi елементарноi геометрii. Однак замiсть аксiом вiн опирався на принципи, а математичнi докази вiдрiзняв вiд експериментальних, оскiльки останнi мають не строго достовiрний, а лише iмовiрнiсний характер. Важливо також звернути увагу на те, що знання принципiв або законiв, що управляють явищами, не припускаi розкриття iхнiх причин. У цьому можна переконатися з оцiнки Ньютоном закону всесвiтнього тяжiння. Вiн завжди пiдкреслював, що цей закон установлюi лише кiлькiсну залежнiсть сили тяжiння вiд мас, що тяжiють, i квадрата вiдстанi мiж ними.

Що ж стосуiться причини тяжiння, то вiн уважав ii розкриття справою подальших дослiджень.

Досить того, що тяжiння насправдi iснуi й дii вiдповiдно до викладеним нами законам i цiлком достатньо для пояснення всiх рухiв небесних тiл i моря, - писав Ньютон.

Вiдкриття принципiв механiки дiйсно означаi справдi революцiйний переворот, що пов'язаний з переходом вiд натурфiлософських здогадiв i гiпотез про "схованi" якостях i т.п. спекулятивних вигадництв до точного експериментального природознавства, у якому всi припущення, гiпотези й теоретичнi побудови перевiрялися спостереженнями й досвiдом. Оскiльки в механiку вiдволiкаються вiд якiсних змiн тiл, остiльки для ii аналiзу можна було широко користуватися математичними абстракцiями й створеним самим Ньютоном i одночасно Лейбницем (1646-1716) аналiзом нескiнченно малих. Завдяки цьому вивчення механiчних процесiв було зведено до точного математичного iхнього опису.

Для такого опису необхiдно й досить було задати координати тiла i його швидкiсть (або iмпульс mv), а також i рiвняння його руху. Всi наступнi стани тiла, що рухаiться, точно й однозначно визначалися його первiсним станом. Таким чином, задавши цей стан, можна було визначити будь-який iнший його стан як у майбутньому, так i в минулому. Виходить, що час не робить нiякого впливу на змiну тiл, що рухаються, так що в рiвняннях руху знак часу можна був мiняти на зворотний. Очевидно, що подiбне подання було iдеалiзацiiю реальних процесiв, оскiльки воно абстрагуiться вiд фактичних змiн, що вiдбуваються iз часом.

Отже, для класичноi механiки й механiстичноi картини миру в цiлому характерна симетрiя процесiв у часi, що виражаiться в оборотностi часу. Звiдси легко виникаi враження, що нiяких реальних змiн при механiчному перемiщеннi тiл не вiдбуваiться. Задавши рiвняння руху тiла, його координати й швидкiсть у деякий момент часу, що часто називають початковим його станом, ми можемо точно й однозначно визначити його стан у будь-який iнший момент часу в майбутньому або минулому. Сформулюiмо характернi риси механiстичноi картини миру.

1. Всi стани механiчного руху тiл стосовно часу виявляються в принципi однаковими, оскiльки час уважаiться оборотним.

2. Всi механiчнi процеси пiдкоряються принципу строгого або твердого детермiнiзму, суть якого складаiться у визнаннi можливостi точного й однозначного визначення стану механiчноi системи ii попереднiм станом.

3. Вiдповiдно до цього принципу, випадковiсть цiлком виключаiться iз природи. Усе у свiтi строго детермiноване (або визначено) попереднiми станами, подiями i явищами. При поширеннi зазначеного принципу на дii й поводження людей неминуче приходять до фаталiзму. Сам навколишнiй нас мир при механiстичнiй картинi перетворюiться в грандiозну машину, всi наступнi стани якоi точно й однозначно визначаються ii попереднiми станами. Таку точку зору на природу найбiльше ясно й образно виразив видатний французький учений XVIII в. ПтАЩiр Симон Лаплас (1749-1827):

Розум, якому були б вiдомi для якого-небудь даного моменту всi сили, що одушевляють природу, якби вiн виявився досить великим, щоб пiдкорити всi данi аналiзу, обiйняв би в однiй формулi руху найбiльших тiл Всесвiту нарiвнi з рухами найлегших атомiв; не залишилося б нiчого, що було б для нього недостовiрно, i майбутнi, так само як i минуле стало б перед його поглядом.

Простiр i час нiяк не пов'язанi з рухами тiл, вони мають абсолютний характер.

У зв'язку iз цим Ньютон i вводить поняття абсолютного, або математичного, простору й часу. Така картина нагадуi подання про свiт древнiх атомистiв, якi вважали, що атоми рухаються в порожньому просторi. Подiбно цьому в ньютонiвськоi механiцi простiр виявляiться простим вмiстищем тiл, що рухаються в ньому, якi не роблять на нього нiякого впливу. Як ми покажемо далi, такi подання були пiдданi рiзкiй критицi в теорii вiдносностi.

4. Тенденцiя звести закономiрностi бiльше високих форм руху матерii до законiв найпростiшоi його форми - механiчному руху.

Таке прагнення зустрiло критиковi з боку бiологiв, медикiв i деяких хiмiкiв уже в XVIII в. Проти нього виступили також видатнi фiлософи-матерiалiсти Денi Дiдро (1713-1784) i Поль Гольбах (1723-1789), не говорячи вже про вiталiстiв, якi приписували живим органiзмам особливу "життiву силу", наявнiстю якоi вони вiдрiзняються нiбито вiд неживих тел. З курсу фiлософii ви вже знаiте, що механiцизм, який питався пiдходити до всiм без винятку процесам з погляду принципiв i масштабiв механiки, з'явився однiii з передумов виникнення метафiзичного методу мислення.

5. Зв'язок механiцизму iз принципом вiдповiдно до якого дii й сигнали можуть передаватися в порожньому просторi з якою завгодно швидкiстю.

Зокрема, передбачалося, що гравiтацiйнi сили, або сили притягання, дiють без якого-небудь промiжного середовища, але сила iх убуваi iз квадратом вiдстанi мiж тiлами. Сам Ньютон, як ми бачили, питання про природу цих сил залишив вирiшувати майбутнiм поколiнням.

Всi перерахованi й деякi iншi особливостi визначили обмеженiсть механiстичноi картини миру, якi переборювалися в ходi наступного розвитку природознавства.

Лiтература

1. Бернал Дж. Наука в iсторii суспiльства. - К., 1996.

2. Степин B.C. Философия науки. М., 2003.

3. Философия и методология науки / Под ред. В.И. Купцова. - М., 1996

4. Гайденко П.П., Смирнов Г. А. Захiдноiвропейська наука в Середнi столiття: Загальнi принципи й вчення про рух. - К., 1989

5. Гайденко П.П. Еволюцiя поняття науки: Становлення й розвиток перших наукових програм. - К., 1998

Вместе с этим смотрят:

G-белки и их функция

Австралопитеки - обезьянолюди или человекообезьяны?

Адаптация микроорганизмов в экстремальных условиях космоса

Адвентивна флора Чернiгiвськоi областi: iсторiя формування та сучасний стан

Адсорбция ионных и неионных поверхностно-активных веществ (ПАВ)