Эволюция естественнонаучной картины мира

Само понятие «картина мира» выражает целостный образ мира, сформированный под воздействием разных видов знания. Картина мира включает в себя такой срез знаний, полученный из разных наук, который можно обозначить, как «научная картина мира». Научная картина мира— это система общих принципов, понятий, законов, наглядных представлений, формируемая на основе синтеза научных знаний. Она в значительной мере обусловлена представлениями лидирующей фундаментальной области науки. Выделяют три типа научной картины мира:

•  общенаучная (выражающая совокупные знания разных наук о человеке, природе и обществе);

•  естественнонаучная (объединяющая данные естественных наук, касающихся знаний о природе) и система общих взглядов на общество;

•  частнонаучная (выражающая фрагменты действительности, формируемые на базе той или иной науки: физическая, геологическая и пр.).

Итак, естественнонаучная картина мира является частью научной картины мира вообще и выражает систему основных знаний о природе. Она возникает на основе синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания. Появление новых знаний, открытие законов заставляют ученых пересматривать положения прежней научной картины мира, формулировать ее новые идеи и принципы. В связи с этим можно говорить об эволюции научной картины мира вообще и естественнонаучной в частности. Выделяются несколько этапов эволюции естественнонаучной картины мира.

Первый этап — натурфилософский. Этот этап характеризуется синкретичностью научного познания, когда отдельные науки еще не выделились в качестве самостоятельных, а сама наука была неотличима от других видов познания. Поскольку знания о природе были достаточно ограничены, постольку имело место преимущественно умозрительное ее истолкование, хотя, безусловно, натурфилософия выдвинула и ряд гениальных догадок (к примеру, атомистическую гипотезу), раскрывающих тайны природы. В древности натурфилософия фактически сливалась с естествознанием и обозначалась одним понятием — «физика». При этом природа понималась как живое целое, а мир представлялся как упорядоченный космос. Но уже в античной натурфилософии космос подразделялся на два мира: совершенный небесный и несовершенный земной.

Натурфилософские идеи проявились и в период средневековья, когда отдельные элементы античной натурфилософии были приспособлены к религиозным представлениям (например, к религиозному истолкованию происхождения мира, как в христианской, мусульманской или иудейской традициях).

Всплеск натурфилософских представлений наблюдался в эпоху Возрождения. Тогда были использованы многие идеи античной натурфилософии, но обогащенные данными современного тому периоду естествознания. В понимании природы господствовали идеи гилозоизма (всеобщей одухотворенности природы) и пантеизма (растворенности божественного начала в природе); учитывался принцип тождества микро- и макрокосмоса; был выдвинут принцип целостного рассмотрения природы и ряд других предположений. И все-таки стремление к овладению силами природы порождало увлечение оккультными науками: расцвели алхимия и астрология.

В XVII веке начинается бурный процесс дифференциации наук: математика и механика выделяются из натурфилософии. Затем этот процесс коснулся и других естественнонаучных дисциплин. Умозрительное истолкование природы при этом не исчезло, а продолжало существовать, возродившись с новой силой в немецкой классической философии. Так, в философии Шеллинга была предпринята попытка на основе объективного идеализма обобщить достижения современного естествознания (им была выдвинута идея полярности как принципа дифференциации первоначального единства природы, а также рассмотрена идея развития высших форм из низших).

Положения натурфилософии использовались и в конце XIX — начале XX века В. Оствальдом, Х. Дришем, Т. Липпсом для преодоления кризиса, возникшего в новейшем естествознании. Элементы натурфилософии имели место в теории эмерджентной эволюции, «критической онтологии» Н. Гартмана и др.

И вместе с тем, в связи с интенсивным развитием естественных наук, накоплением естественнонаучных знаний натурфилософский период можно считать преодоленным. Еще в эпоху Возрождения с появлением экспериментального естествознания была показана несостоятельность натурфилософских представлений. «Новые взгляды на окружающий мир стали основываться на результатах и выводах естествознания соответствующей эпохи и стали поэтому называться естественнонаучной картиной мира»*.

Второй этап — механистическая картина мира. Первой естественнонаучной картиной мира, которая базировалась уже на данных собственно научного знания, являлась механистическая, построенная на абсолютизации механической формы движения материи. Ее формирование связывается с именем Г. Галилея, установившего законы движения свободно падающих тел и сформулировавшего принцип относительности в механике. Он же впервые применил и экспериментальный метод в исследовании природы, а также использовал математическую обработку полученных результатов в эксперименте. Если натурфилософия исходила из умозрительного объяснения природы, то теперь утверждалась идея, что всякая гипотеза должна проверяться на опыте.

Большую роль в становлении механистической картины мира сыграли открытые И. Кеплером законы движения планет. Тем самым было доказано, что между миром земным и небесным не существует абсолютного противопоставления, а законы движения небесных тел в принципе не отличаются от законов движения тел земных.

Концептуальную разработку механистической картины мира предпринял И. Ньютон, заложивший основы классической механики. Он сформулировал основные законы динамики и закон всемирного тяготения, ввел количественный подход к описанию движения. В центре его научных интересов было механическое движение, т.е. перемещение тела по отношению к другим телам. Ньютон предполагал, что движение, как и время, пространство — абсолютны, а последние существуют независимо друг от друга; более того, само время обратимо. Согласно данной картине мира, все механические процессы строго детерминированы, а это значит, что возможно точно и однозначно определить состояние механической системы в любой период времени. Случайность как таковая исключалась из этих процессов, при этом утверждалась идея, что все в мире предопределено предшествующими его состояниями (такая позиция нашла четкое выражение у П.С. Лапласа). Весь мир, с позиции такого подхода, предстает как огромный механизм, заведенный Богом, но затем развивающийся по своим законам. Отсюда все виды движения в природе свелись к одному — механическому.

Механическое движение в физике Ньютона связывалось с принципом дальнодействия, согласно которому действия и сигналы могут передаваться в пустом пространстве с любой скоростью.

Уже в XVIII веке механистическая картина мира неоднократно критиковалась многими философами и учеными, но лишь открытие новых физических явлений заставило исследователей дополнить данную картину мира электромагнитной.

Третий этап — электромагнитная картина мира. Датский физик Г.Х. Эрстед впервые обнаружил связь между электрическим и магнитным полями. В дальнейшем электромагнитная теория была развита в трудах М. Фарадея, Дж. Максвелла. Было обосновано, что наряду с веществом существует и такая форма материи, как поле, причем физические поля могут иметь разную природу: например, гравитационное (известное со времени Ньютона), электромагнитное. Максвеллом была высказана догадка о существовании поперечных электромагнитных волн, могущих распространяться в пустоте со скоростью, не зависящей от длины волны, что позволило ему выдвинуть идею постоянства скорости света в вакууме. Поскольку электромагнитные волны, как было доказано, распространяются с конечной скоростью, постольку электромагнитное взаимодействие между электрическими зарядами не может происходить мгновенно, согласно принципу дальнодействия. Поэтому был введен принцип близкодействия, по которому один из зарядов создает электромагнитное поле, распространяющееся с конечной скоростью и достигающее второго заряда, воздействует на него. Следовательно, взаимодействие между зарядами немыслимо без участия промежуточного звена — электромагнитного поля. Носителем электромагнитного поля считался неподвижный эфир, а система отсчета, связанная с ним, рассматривалась как особая, абсолютная.

В конце XIX — начале XX века в физике, да и других естественных науках, были сделаны открытия, коренным образом изменившие прежнюю естественнонаучную картину мира.

Четвертый этап — квантоворелятивистская картина мира. Ее формирование связано прежде всего с изучением явлений и процессов в микромире.

Первые экспериментальные результаты, из которых можно было сделать вывод о сложной структуре атомов, были получены М. Фарадеем. Затем Дж. Томсон зафиксировал отрицательно заряженные частицы — электроны. Все это привело к пересмотру положения о неделимости атомов и установлению их сложной структуры. Планетарная модель атома была предложена Э. Резерфордом, однако она отличалась своей неустойчивостью и затем была усовершенствована Н. Бором. Свои представления об особых свойствах атомов Бор изложил в виде следующих постулатов:

•  атомная система может находиться только в особых стационарных состояниях (квантовых состояниях), каждому из которых соответствует определенная энергия Еn; в стационарном состоянии атом не излучает;

•  при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения.

Все это в конечном итоге отразилось в новом понимании энергии тел: если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то теперь утверждалось, что она может испускаться отдельными квантами.

В 30-е годы XX века в физику вошла идея корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой элементарные частицы обладают не только корпускулярными (свойствами вещества), но и волновыми свойствами. Данное положение привело к пересмотру идеи непроходимости границ между веществом и полем и утверждению, что на уровне микромира частицы выступают и как корпускулы, и как волны.

Для изучения явлений микромира в конце 20-х годов XX века создается особое направление в физике — квантовая механика, а впоследствии возникли квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и др. В квантовой физике было сделано множество открытий: установлен состав атомного ядра, обнаружено наличие сильных и слабых взаимодействий, изучено явление радиоактивности, сформулированы параметры и свойства элементарных частиц, раскрыты феномены античастицы, резонанса, предложена гипотеза кварков и многое другое.

Помимо физики микромира современную естественнонаучную картину мира обосновывает и теория относительности, в корне изменившая представления о пространстве и времени. Если в классической механике пространство и время выступают как абсолютные, не зависящие друг от друга феномены, то в специальной теории относительности длина и временной промежуток становятся относительными. Одновременно появляются новые абсолютные величины — скорость света и пространственно-временной континуум. Все движение, согласно данной теории, имеет относительный характер, а в природе не существует абсолютной системы отсчета.

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени связаны с созданием общей теории относительности. В ней не только пространство и время по отдельности, но и пространственно-временной континуум лишаются абсолютности: последний связывается с гравитацией. Гравитация не существует вне метрики пространства и времени, она воздействует на нее. Поэтому гравитационное поле может быть охарактеризовано как отступление пространственно-временной метрики от евклидовой («искривление» пространственно-временного континуума под действием сил гравитации) и, наоборот, метрика пространства-времени может быть представлена как проявление гравитации.

Современную естественнонаучную картину мира нельзя рассматривать вне идей космологии, базирующейся на положениях астрофизики, релятивистской термодинамики и пр. Обнаружение «разбегания» галактик, открытие нестационарности Вселенной привели к созданию таких ее моделей, которые основываются на постулатах нестационарности, изотропности, однородности.

И, наконец, огромную роль в нынешней естественнонаучной картине мира играют химия и биология. Открытие новых химических элементов, описание их свойств, формулировка периодического закона, исследование химических процессов и т.д. — таков вклад химии в развитие современных представлений о природе. Обнаружение клеточного строения живых тел, изучение молекулярно-генетического уровня биологических структур, а также онтогенетического уровня живых систем, выдвижение эволюционных идей в развитии природы сильно повлияли на утверждение таких принципов современной естественнонаучной картины мира, как системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что Вселенная предстает как наиболее крупная из известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности.

Глобальный эволюционизм — это признание невозможности существования Вселенной вне развития, эволюции.

Самоорганизация — наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе ее эволюции.

И, наконец, еще один принцип — признание историчности, т.е. принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой научной картины мира.

В данном случае были перечислены лишь важнейшие достижения ряда естественных наук. Вместе с тем нельзя не отметить, что помимо названных наук и другие вносят существенный вклад в становление современной естественнонаучной картины мира (геология, география и др.).

Приведем хронологию наиболее важных событий, согласно современной естественнонаучной картины мира*.

•  20 миллиардов лет назад — Большой взрыв.

•  3 минуты спустя — образование вещественной основы Вселенной (фотоны, нейтрино и антинейтрино с примесью ядер водорода, гелия).

•  Через несколько сотен тысяч лет — появление атомов (легких элементов).

•  19—17 миллиардов лет назад — образование разномасштабных структур (галактик).

•  15 миллиардов лет назад — появление звезд первого поколения, образование атомов тяжелых элементов.

•  5 миллиардов лет назад — рождение Солнца.

•  4,6 миллиардов лет назад — образование Земли.

•  3,8 миллиардов лет назад — зарождение жизни.

•  450 миллионов лет назад — появление растений.

•  150 миллионов лет назад — появление млекопитающих.

•  2 миллиона лет назад — начало антропогенеза.