Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Возникновение науки. Первые научные программы

Возникновение первых научных представлений и программ. Наука и естествознание

Нет необходимости доказывать, что современное миропонимание является важным компонентом человеческой культуры. Каждый человек, хотя бы в общих чертах, должен представлять, как устроен мир, в котором он живёт. И это необходимо не только для общего развития. Любовь к природе предполагает уважение к тем процессам, которые в ней происходят, знание законов, по которым они совершаются.

Развитие человеческой культуры - процесс, в чем-то подобный эволюции органической материи. Способность создавать культуру и передавать ее следующим поколениям - это своеобразная эволюционная адаптация к условиям окружающей среды. Естественно, что язык, обычаи, произведения искусства - все, что в совокупности составляет культуру, в строгом смысле нельзя назвать эволюционным приспособлением уже хотя бы потому, что информация о них не записана в молекулах ДНК. Тем не менее, существует глубокая параллель между эволюцией органической материи и развитием науки. На это указывали многие ученые в разные времена. Естественные науки можно уподобить отдельному органу в очень сложном организме, каким является человеческая культура в целом.

Можно отметить ключевые аспекты эволюции органического мира, которые имеют аналогию в процессе развития науки. Это и сохранение благоприобретенных функций и структур, которые позволяют любой популяции взаимодействовать с окружающей средой, и эволюционная динамика изменчивости и отбора. Как правило, новые биологические структуры целиком не заменяют своих предшественников, а включают их в себя. Так, все известные формы жизни используют одну и ту же химическую стратегию: информация кодируется в нуклеиновых кислотах одного вида и считывается кислотами другого вида. Механизм этих процессов, в основном, одинаков у всех живых существ.

Аналогичным образом наиболее результативные элементы той или иной теории могут в какой-то степени видоизменяться в ходе ее развития, однако случаи отказа от них чрезвычайно редки. Использование математического языка для описания физических процессов во многом сходно с использованием химического языка в биологии. Так, Аристотель и его последователи строили свои представления об окружающем мире на основе ряда общефилософских принципов, тогда как Архимед предлагал использовать для той же цели математические аксиомы. Различие этих двух подходов столь же глубоко, как и различие представлений о том, что такое жизнь: проявление особых специфических «жизненных сил» или некое явление, которое на уровне элементарных процессов обусловлено химическими реакциями. При этом необходимо отметить, что вторая точка зрения отнюдь не эквивалентна утверждению, что жизнь есть не что иное, как совокупность химических процессов.

Такая особенность науки наглядно проявляется как в самой сути ее законов, так и в языке, который используется для их описания. До сих пор в основе многих физических теорий лежит геометрия Евклида, которая воплотила в себе совокупность устойчивых понятий и методов. Между тем, содержание самих теорий неоднократно подвергалось радикальному пересмотру. Г. Галилей и И. Ньютон сделали время четвертым измерением мира, фактически вместив евклидово пространство в пространственно-временной континуум. Эйнштейн и Минковский усовершенствовали геометрию этого континуума, но так, что пространство-время Галилея оказалось предельным случаем усовершенствованного континуума. В свою очередь, созданная Эйнштейном общая теория относительности, сделала предельным случаем геометрию Минковского, границы которой уместились в свободно падающие системы отсчета. Наконец, глобальные свойства пространства-времени Эйнштейна выявила релятивистская космология. То же самое можно сказать и о теории гравитации, которая развивалась в тесной связи с эволюцией представлений о пространстве и времени.

Как возникают новые свойства в процессе биологической эволюции? Существенные эволюционные достижения, такие, как температурная регуляция у млекопитающих или развитие у людей органов, способствующих общению, связаны с появлением множества взаимосвязанных функций и структур. Поэтому, кажется, что соответствующая перестройка организмов должна быть достаточно длительной. Однако результаты палеонтологических исследований свидетельствуют об обратном. Существенные изменения, обеспечивающие адаптацию, происходят довольно быстро. И наоборот, сравнительно маловажные эволюционные изменения часто происходят очень медленно.

Подобное чередование темпов наблюдается и в процессе развития науки. На протяжении длительных периодов времени та или иная теория разрабатывается, детализируется, используется для интерпретации экспериментальных результатов. Эти периоды сменяются короткими периодами радикальной перестройки основ теории. Именно такие периоды принято называть научными революциями. Но подчас различие между революционными и эволюционными изменениями выражены недостаточно четко. С появлением новой теории успешно применяемые старые (например, теории Архимеда, Галилея, Ньютона) не отвергаются. Они продолжают существовать, в более или менее измененном виде, как составная часть новой теории. Вместе с тем научную революцию, например 16-17 в.в., с полным правом можно назвать революцией, так как она инициировала свержение натурфилософии Аристотеля и заменила ее радикально отличной системой взглядов. На место философских толкований приходят математические законы. Не зря Кеплер и Галилей считали Коперника революционером, а не реформатором.

В биологической эволюции новое качество возникает как следствие двух процессов: генетического изменения и дифференцированного воспроизводства, которое названо Дарвиным естественным отбором. Случайные процессы, связанные с размножением, постоянно создают новые гены и их комбинации. Таким образом, перед биологической популяцией открывается возможность испробовать потенциальные резервы разных направлений эволюции. Мгновенно это не приносит результатов, но время от времени происходит заметное продвижение вперед. Эти, на первый взгляд, не нацеленные генетические изменения в совокупности с естественным отбором в состоянии направить эволюцию на путь появления нового вида, способного к адаптации в изменившихся условиях.

Развитие науки можно описать примерно таким же образом. Посредством экспериментов, наблюдений и теоретических гипотез ученые непрерывно исследуют новые направления развития науки. Эти попытки в некотором смысле предпринимаются вслепую, поскольку заранее невозможно предсказать, какой из путей приведет к новым представлениям, а какой окажется тупиковым. Ученые редко сходятся во мнениях относительно направлений исследований, их выбор зачастую обусловлен философскими и эстетическими взглядами или просто личными соображениями исследователя. В результате возникает многообразие поиска по направлениям, что очень существенно для прогресса науки, как и для биологической эволюции.

Известно, что результативность той или иной мутации определяется вкладом нового гена или их совокупности в успех воспроизводства их носителей внутри данной биологической популяции. То есть, результативность определяется долгосрочными перспективами на выживание. Можно определить эквивалентные критерии и для определения успеха научной теории.

Историки науки утверждают, что успех научной теории определяется, в основном, тремя тесно связанными факторами: количественной точностью, областью применимости и степенью избыточной определенности. Безусловно, первоначально восприятие теории может гораздо в большей степени зависеть совсем от других факторов: моды, идеологии, общего уровня развития общества. Но эти факторы являются относительно короткоживущими. Почему относительно? Потому что такой срок может быть и не столь уж короткий. Например, созданная Аристархом модель Солнечной системы, оставалась незамеченной астрономами на протяжении семнадцати веков, а объяснение природы Млечного пути, предложенное Кантом, также не привлекало внимания ученых почти два столетия.

Областью применимости любой теории называют совокупность явлений, относительно которых данная теория позволяет делать предсказания. При этом области применимости разных теорий могут быть по-разному связаны между собой. Наиболее реальными вариантами такой связи являются следующие. Две теории могут описывать различные, неперекрывающиеся совокупности явлений ( в качестве примера можно привести статику Архимеда и теорию движения Галилея). При этом третья теория (для нашего примера теория Ньютона) может в неизменном виде включать первые две теории как предельные случаи. Кроме этого, возможна ситуация, когда одна теория имеет более общую область применения, чем другая. Например, теория Ньютона обобщила теорию Галилея, а теория Эйнштейна обобщила ньютоновскую теорию.

Последний из упомянутых нами факторов успеха научной теории - избыточная определенность. Каждая теория включает в себя какое-то число свободных параметров. При этом часть этих параметров описывает начальные условия, а остальные - свойства рассматриваемой системы. Например, массы Солнца, планет и их спутников, а также координаты и скорости каждого из этих тел в некоторый произвольный момент времени являются свободными параметрами ньютоновской модели Солнечной системы. Значения свободных параметров определяются из наблюдений, причем число независимых наблюдений, например, измерений координат на небесной сфере, должно быть равно числу определяемых параметров. Если число возможных независимых измерений превышает число свободных параметров в теории, то говорят, что теория обладает избыточной определенностью. Особенно следует подчеркнуть качественный аспект этого обстоятельства. Так, теория Ньютона обладает, в частности, избыточной определенностью не только потому, что позволяет с большой точностью предсказывать движение планет на основе наблюдений, выполненных в данный момент времени. Но эта теория без каких-либо дополнительных предложений дает возможность качественно объяснить совсем другие явления, а именно приливы в океанах, кольца Сатурна, прецессию точки равноденствия. Все три рассмотренных фактора, определяющие успех научной теории, тесно связаны между собой.

До сих пор мы проводили аналогию между развитием науки и биологической эволюцией, подчеркивая общие закономерности. Но у этих процессов есть и существенные отличия. Биологическая эволюция представляет собой множество разветвляющихся направлений развития, как и наука в период ее развития и становления. Однако последствия этих процессов различны. Начав с простейших форм жизни, возникших при весьма специфических условиях, эволюция создала громадное количество экологических ниш, заполнив их огромным количеством различных видов.

Начав с очень простых вещей (использование Фалесом в 6 в до н.э. свойств подобных треугольников для определения расстояний до далеких объектов и разработка учениками Пифагора арифметических законов музыкальной гармонии), наука сплела сложнейшую паутину объяснения невероятно широкого круга явлений - от элементарных кирпичиков материи до Вселенной в целом, включая и феномен жизни. По мере развития непрерывно возрастало и число отраслей знания. Однако, различные теории, доказывающие свою работоспособность, оказались связанными между собой не только общими истоками, но и структурно, и функционально, как различные органы в едином организме. И сейчас уже невозможно провести резкую грань между биологией и химией. Химией и физикой или между физикой и космологией. И чем шире становится область применения отдельных теорий, чем выше точность их предсказаний, тем теснее и глубже становятся эти связи. Так, теория Ньютона выявила истинное место статики Архимеда и теории движения Галилея как фрагментов механической картины мира.

В специальной теории относительности Эйнштейн свел воедино понятия массы и энергии. В общей теории относительности масса-энергия оказалась связанной со свойствами пространства-времени. Совокупность существующих теорий можно для наглядности представить в виде расширяющейся сферической оболочки, окруженной со всех сторон океаном знаний. По мере того как число фундаментальных принципов уменьшается, а сами принципы наполняются все более глубоким содержанием, внутренняя граница оболочки сжимается - возможно к ядру, содержащему научную истину «в последней инстанции». Существует ли такое ядро - изначальный принцип Платона - в действительности? Это неизвестно, однако вера в его существование стимулирует поиски ученых со времен Пифагора и до наших дней.

Понятие «картина мира»

наука познание картина мир

Как известно, развитие науки определяется её внешними и внутренними факторами. К внешним можно отнести влияние государства, экономические, культурные, национальные условия. Внутренняя динамика развития науки имеет свои особенности на каждом из уровней исследования. Эмпирический уровень исследования носит собирательный характер, так как даже отрицательный результат эксперимента является вкладом в накопление знаний. Приходящая на смену старой новая теория не отрицает старую полностью, а, как правило, ограничивает сферу её применимости. Это позволяет говорить о преемственности в развитии теоретического знания.

Схематично структуру научного познания можно представить следующим образом: эмпирический факт научный факт наблюдение реальный эксперимент модельный эксперимент мысленный эксперимент фиксация результатов эмпирического уровня исследований эмпирическое обобщение использование имеющегося теоретического знания образ формулирование гипотезы проверка гипотезы на опыте формулирование новых понятий введение терминов и знаков определение их значения выведение закона создание теории проверка теории на опыте приятие в случае необходимости дополнительных гипотез.

Наиболее злободневным в современной методологии наук является вопрос о смене научных концепций. Ещё совсем недавно (первая половина 20 века) основной структурной единицей исследований считалась теория. Вопрос о её смене решался в зависимости от эмпирического подтверждения или опровержения. Главной методологической проблемой считалась проблема сведения теоретического уровня исследований к эмпирическому. В конечном итоге это оказалось невозможным.

В начале 60-х годов 20 века известный американский учёный Т. Кун представил динамику науки следующим образом: “Старая парадигма - нормальная стадия развития науки - революция в науке - новая парадигма” . (Парадигма - главная установка научного исследования). Такая концепция научного знания позднее была конкретизирована с помощью новой структурной единицы, более обобщённой по сравнению с отдельной теорией. Такой единицей стала “исследовательская программа”. Ещё более высокой структурной единицей является естественнонаучная картина мира.

Термин “научная картина мира” стал активно использоваться в публикациях по философским проблемам естествознания ещё в начале 20 века. С тех пор это понятие никогда не исчезало со страниц монографий, в которых обсуждались принципиальные вопросы методологии и теории познания современного естествознания. Специальные исследования смысла и значения этого понятия, широко развернувшиеся в 60-е годы 20 века, весьма активно ведутся и в настоящее время.

Что же следует вкладывать в понятие “картина мира”? Распространено представление о естественнонаучной картине мира как широкой панораме современных знаний о природе, содержащей наиболее важные факты, гипотезы, теории. В этом смысле картина мира может показаться неким энциклопедическим обзором. Но необходимо иметь в виду, что научная картина мира является одновременно необходимым компонентом каждой частной теории. Общие закономерности развития мира, положенные в основу современной естественнонаучной картины мира являются логическим следствием важнейших открытий 20 века, в особенности в области физики. К таким закономерностям можно отнести следующие: эволюция природы; самоорганизация (от неживых систем к биосфере); системность связей неживой природы, живой природы и человека; фундаментальность свойств пространства и времени в природных системах; относительность разделения на субъект и объект. В современной естественнонаучной картине мира имеет место саморазвитие, в ней присутствует человек и его мысль. Она в постоянном необратимом эволюционном развитии. В процессе такого развития появляются новые общенаучные концепции и подходы: системный, структурный, вероятностный. Научные достижения 20 века позволяют определить следующую структуру современной естественнонаучной картины мира :

Уровни организации	Часть пространства	Наука	Вид эволюции
Вселенная	Мегамир	Космология	Космическая
Галактика	-//-	Астрономия	-//-
Звёздные системы	-//-	-//-	-//-
Планета	-//-	Геология	Геологическая
Биосфера	Макромир	Экология	Экологическая
Сообщество	-//-	Этология	Биологическая
Популяция	-//-	-//-	-//-
Вид	-//-	-//-	-//-
Индивид	-//-	-//-	-//-
Клетка	Микромир	Генетика	-//-
Молекула	-//-	Химия	Химическая
Атом	-//-	Физика	Физическая
Элементарная частица	-//-	-//-	-//-
Кварк	-//-	-//-	-//-

Такая структура может быть и более подробной, если выделить уровни организации внутри уже указанных (например, ядро в атоме).

Анализ структуры современной естественнонаучной картины мира показывает, что большое число глобальных исследований, результаты которых положены в основу этой картины, относятся к исследованию физических форм движения материи. И это не случайно. Ведь физика изучает как простейшие из этих форм, так и поведение множественных систем.

Содержание естественнонаучной картины мира, будучи принципиально важным для построения частных научных картин (физическая, химическая, экологическая и т.п.), глубоко связано с принципами и категориями диалектики. Частные научные картины мира по своему происхождению являются результатом синтеза научных знаний, поэтому дают видение основных системных характеристик предмета исследования соответствующей науки. Процесс зарождения представлений, которые могут быть базовой основой любой картины мира включает в себя, по меньшей мере, три основных этапа:

а) установление серии эмпирических обобщений и законов (этап может быть достаточно длительным);

б) формальное объединение частных эмпирических законов в обобщающий; в) разработка новых образов картины мира, использование ранее установленных закономерностей для построения теоретических моделей.

Историки науки предлагают различать трактовки физической картины мира в широком и узком смысле слова. Физическая картина мира в узком смысле слова - это система фундаментальных конструкций, каждая из которых характеризует основные свойства физической реальности (пространство, время, вещество, поле, вакуум и т. п.). Связи между ними представлены физическими принципами. В широком смысле слова под физической картиной мира понимают общие конкретно-исторические представления о физическом мире, которые, с точки зрения стиля мышления конкретной эпохи, рассматриваются как наиболее важные и существенные.

Создание физической картины мира предшествует построению каждой физической теории. Подчёркивая ориентирующую роль фундаментальных идей в развитии физического знания, А. Эйнштейн писал: “ В создании физической теории существенную роль играют фундаментальные идеи. Физические книги полны сложных математических формул. Но началом каждой физической теории являются мысли и идеи, а не формулы. Идеи должны позднее принять математическую форму количественной теории, сделать возможным сравнение с экспериментом”.

С развитием науки физические представления о природе уточняются. Поэтому и всякая физическая картина мира - это процесс зарождения, становления, развития и смены наших представлений о природе. Результатом такого процесса является смена одной картины другими, новыми, но всегда лишь относительно завершёнными картинами, отражающими всё более точно и адекватно объективный материальный мир.

Схематически основные элементы структуры физической картины мира можно представить следующим образом.

Физическая картина мира на теоретическом уровне формировалась вместе с разработкой принципов общей методологии физического познания, вместе с основанием общих принципов построения физических теорий. Доказательно раскрыть содержание физической картины мира и её роль в познании можно, только проанализировав структуру естественнонаучного теоретического знания, обусловленную общими особенностями методологии физического познания. Такой анализ невозможен без рассмотрения основных исторических этапов становления, развития и критических испытаний методологии физики с древних времён до наших дней.

Возникновение науки

За несколько тысячелетий до нашей эры в памятниках древнейшей письменности в речных цивилизациях Востока были запечатлены некоторые первые представления о природе. С этого времени последовательно развивается общая идея Вселенной, все явления в которой связаны единой цепью причин и следствий.

В её современном понимании наука является принципиально новым фактором в истории человечества, который возник в новоевропейской цивилизации 16-17 в.. При этом в становлении науки историки выделяют два основных этапа:

I этап - греческая наука и зачатки научного познания мира в Китае и Индии, как появление логически обоснованной науки;

II этап - конец 16-начало 17 в. - наука стала рассматриваться как способ увеличения благосостояния населения и обеспечения господства человека над природой. С этих пор стиль мышления в науке характеризуется следующими двумя чертами:

1) она опирается на эксперимент, поставляющий и проверяющий результаты;

2) в ней господствует аналитический подход, направляющий мышление на поиски фундаментальных истин.

Таким образом, на современном этапе её развития науку определяют как особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве.

Взаимоотношения науки с другими отраслями культуры не были безоблачными. Порой имела место очень жестокая борьба за духовное лидерство. Победив в 17 веке все другие отрасли культуры, наука сохраняет доминирующую роль и в наши дни. Своей победой она обязана, прежде всего, естествознанию, которое лежит в фундаменте научного знания, а вера в науку поддерживается её огромными достижениями.

У первобытного человека не существовало другого способа понять природу, кроме как уподобить ее живому организму, наделяя его чувствами и сознанием. Именно такое уподобление становилось источником и научных знаний и религиозных представлений. История науки в странах Древнего Востока - Египте, Вавилоне, Китае, Индии и в других древнейших речных цивилизациях - позволяет ответить на вопрос об отличии научных представлений в их самой первоначальной форме от религиозных верований, с одной стороны, и от непосредственных эмпирических наблюдений - с другой. От религиозных верований они отличаются объяснением явлений природы собственными законами; от эмпирических наблюдений - наличием сравнительно абстрактных понятий, тенденцией к некоторой единой картине. Колыбелью современной науки можно считать древнейшие рабовладельческие государства (7 - 6 в.в. до н.э.), возникшие в двуречье между Тигром и Евфратом и в Северной Африке в долине Нила. Заслуги Древнего Египта и Вавилонии в развитии фундамента науки действительно огромны. Это и зарождение математических знаний, основ геометрии, это и описание звездного неба, создание основ изучения времени, это и создание основ алфавитного письма. Следует подчеркнуть, что все эти достижения носили, в основном, практический характер, их появление было напрямую связано с потребностями хозяйства. Первые же представления теоретической науки и собственно научный метод, если его уже можно так называть, возникают в Древней Греции. Поэтому именно Грецию принято считать родиной современной науки. В Древней Греции люди занимались наукой не только потому, что этого требовала практика хозяйственной жизни, но и потому, что испытывали интерес к этим занятиям, ощущая радость познания. Один из основоположником древнего атомизма Демокрит (4 в. до н.э.) отмечал, что найти одно научное доказательство для него означает гораздо больше, чем возможность овладеть всем персидским царством.

Важнейшим этапом в становлении и развитии науки стало появление древнейшей философии - натурфилософии. Возникшие в недрах натурфилософии идеи сыграли в дальнейшем огромную роль в развитии науки вообще и физики в частности. Следует отметить, что практически одновременно с Древней натурфилософские идеи появились и в Китае, и в Индии. Но на последующее развитие физики наибольшее влияние оказала натурфилософия именно Древней Греции. Мы говорим примерно о 7-6 веках до н.э. В это время была впервые сделана попытка обобщить обрывочные знания о природе, соединив их в единую картину. Эти идеи уже не опирались на чисто религиозные или фантастические представления, поэтому их и относят к понятиям первых научных программ. Конечно, построить правильно отражающую происходящие в природе процессы древняя натурфилософия не могла. Этому не способствовали примитивная производственная практика, низкий уровень достижений техники, практическое отсутствие экспериментального метода исследований. Поэтому все предлагаемые теоретические конструкции, естественно, были примитивны и наивны. Однако, именно древним философам принадлежат такие фундаментальные идеи, как идея неуничтожимости материи и движения, идея всеобщей причинности, последовательное развитие которых и привело к созданию целого ряда наук, в том числе и физики.

В 6 в. до н.э. в античной философии укрепляется идея о материальной первооснове всех вещей в мире. Самая первая философская школа Древней Греции - Ионийская или Милетская _ ставит перед собой задачу сформировать понятие материи. Во все многообразии окружающего мира древние философы ищут единство и находят его, кто в чем.

Основоположник ионийской философии Фалес Милетский ( 6 в. до н.э.) в качестве первоосновы всех вещей видит воду и утверждает, что все вещи возникают из воды и превращаются в воду. Примитивно? Конечно! Но это уже категорически отличается от описания мира, в котором все управляется богами. Милетская школа фактически закладывает начало поискам основ мира в чем-то едином. После Фалеса следует целая серия поисков отдельных субстанций, которые могли бы претендовать на роль основ мира.

Ученик Фалеса Анаксимандр ( 6 в. до н.э.) вводит понятие беспредельной первоматерии («апейрон»). «… у него (беспредельного) нет начала, но оно само кажется началом остальных вещей. Оно объемлет все и всем правит..».

Последователь Анаксимандра Анаксимен (6 в. до н.э.) видит первооснову в воздухе.

Чуть позже Гераклит Эфесский ( 6-5 в. до н.э.) в качестве первоосновы выбирает огонь. Он утверждает «…Мир единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно гаснущим». Важную роль в учении Гераклита играет идея вечного движения и всеобщей изменчивости вещей. «… все течет - все изменяется. Нельзя войти дважды в одну и ту же реку - на входящего во второй раз будут набегать новые волны». Гераклит фактически формулирует закон единства и борьбы противоположностей, утверждая, что они (эти противоположности) не исключают друг друга, а вместе образовывают гармонию мира.

Конечно, объяснить разнообразие вещей и множественность происходящих в природе изменений на основе идей ионийцев было невозможно. Это прекрасно понимают и сами древние натурфилософы, пытаясь обойти возникающие трудности допущением однородности и неизменности мира. Разнообразие в их представлении - это иллюзия, вызываемая обманом чувств. Но эти допущения также находились в противоречии с повседневной практикой, поэтому не могли существовать долго. Как завершение этого этапа познания мира можно рассматривать концепцию элементов Эмпедокла ( 5 в. до н.э.). Все многообразие вещей по Эмпедоклу обусловлено сочетанием 4-х элементов (вода, воздух, земля, огонь). Причина изменений в природе - действие притягательных и отталкивательных сил между элементами - сил любви и вражды. Эмпедокл впервые утверждает всеобщий закон сохранения. Его элементы являются вечными, они не могут исчезнуть, и пространства, не занятого этими элементами, не существует. «… Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться»]. Это - прообраз законов сохранения, играющих в физике фундаментальную роль.

Таким образом, в Древней Греции человеческий разум впервые осознал свою силу. Первые ученые - древние натурфилософы. В обществе возникает потребность в распространении знаний, то есть потребность в учителе. Так, фактически возникают профессии ученого и учителя.

Кроме понятия первоматерии в древней натурфилософии, конечно же, существовали и возникали и другие идеи, разработка которых привела к оформлению своеобразных научных программ античности. Родоначальники этих программ и их последователи постоянно находят новые связи: изменчивости и наследственности, движения и его инвариантов,, неуничтожимости и превращений. Естественно, что в 6-5 в.в. до н.э. философская мысль могла лишь пытаться угадать связь между сохранением и качественной эволюцией любой субстанции. Иногда философия отступала от таких поисков, но такое отступление, как правило, оказывалось временным эпизодом, позволяющим находить новые подходы к решению проблем.

Об одном таком отступлении следует упомянуть. Речь идет о философии Элейской школы (6-5 в.в. до н.э.). Один из основателей этой школы, Парменид противопоставляет картине мира Гераклита (непрерывность изменения) неподвижность реального бытия. Элеаты утверждали, что истинный мир неподвижен и себетождественен. Изменяющийся мир - постигаемая чувствами иллюзия. Этот тезис Парменида и его ученика Зенона стал исходным пунктом идеалистической метафизики. Однако элейская критика понятия движения стоит того, чтобы о ней говорить, так как она заставила раскрыть новые стороны самого понятия движения.

Коренные проблемы непрерывности пространства и времени в достаточно острой форме возникли в знаменитых парадоксах или апориях движения, выдвинутых Зеноном.

Стрела никогда не достигнет цели - до этого ей нужно пройти половину пути, потом четверть, потом восьмую и т.д. И сумма этих долей никогда не будет равна целому.

Ахиллес никогда не догонит черепаху - когда он добежит до пункта, в котором находилась черепаха в начальный момент, черепаха передвинется на новое место и т.д., в результате черепаху всегда будет отделять от Ахиллеса бесконечно уменьшающееся, но не исчезающее расстояние. Из подобных парадоксов Зенон и выводит тезис об иллюзорности движения. А ведь речь шла о действительном противоречии между непрерывностью движения и дискретным представлением о точке, через которую проходит движущаяся частица. И даже явное существование движения, опровергающее вывода Зенона, на самом деле не разъясняет природу указанного противоречия. Собственно, логический анализ апорий Зенона продолжается уже более 2,5 тысячелетий. И связан он с коренными проблемами учения о бесконечности. Зенон формулирует свои парадоксы, исходя из представления о бесконечности, как о чем-то уже реализованном, уже существующем. В результате, конечное расстояние представляется суммой бесконечного числа непротяженных объектов, бесконечно большое пространство как сумма бесконечного числа конечных объектов. Такая бесконечность в математике получила название актуальной бесконечности. Противоположное представление о бесконечной величине, как о переменной, которая может без ограничения расти (уменьшаться) приводит к понятиям потенциальной бесконечности. К таким толкованиям бесконечности мы еще не раз будем вынуждены возвращаться, прослеживая историю становления всех известных картин мира.

Научные программы античности

Математическая программа

Первая из научных программ античности является, можно сказать полностью математической, поэтому и имеет соответствующее название - математическая программа. Основная идея этого направления - существование в природе строгих количественных соотношений. Зародилась программа в недрах пифагорейской школы, основателем которой является Пифагор (6 в. до н.э.). Представители этой школы верили в божественную роль чисел, которые управляют миром. «Все есть число» - утверждал Пифагор. Это означало, что в каждой вещи определенным образом скрыты числа и их соотношения. Мистика чисел, как известно, оказалась очень живучей. В последующие столетия она проникла и в религиозные воззрения, и в магию, и в астрологию. Однако постоянное подчеркивание важности численных соотношений в явлениях природы и вещах способствовало становлению и развитию количественного метода исследования, утверждало необходимость применения математических соотношений при попытках описать природу.

Преемником и проповедником учения Пифагора стал Платон (5 в. до н. э.), считавший, что знания изначально скрыты в душе человека, а мир идей, который постигается человеком в процессе размышлений, и есть истинное бытие. Что же касается предметов и явлений, которые окружают человека, то они, воспринимаемые органами чувств, являются лишь тенями, отражениями соответствующих идей. В философии такое течение позже получило название объективного идеализма. Платон принимает идею 4-х стихий, каждая из которых по его мнению состоит из мельчайших частиц, имеющих форму правильных многогранников: огонь - тетраэдр; воздух - октаэдр; вода - икосаэдр; земля - куб. В философии Платона появляется пятый элемент - некий эфир, частицы которого имеют форму додекаэдра.

Пифагорейцы большое внимание уделяли космогоническим вопросам. Их важным достижением в этом плане является представление о шарообразности Земли. Кроме этого, они выдвинули пироцентрическую систему мира, в которой Земля и различные небесные тела, включая Солнце, движутся по сферам вокруг неподвижного центрального огня. Пифагорейцы считали 10 священным числом, поэтому искусственным образом доводили число известных небесных тел до 10. Вокруг центрального огня располагались сферы Земли, Луны, Солнца, пяти известных в то время планет, сфера неподвижных звезд и десятая сфера - сфера Противоземли - невидимой людям планеты. Эта схема мироустройства была предложена Филолаем (5 в. до н.э.). Ее вскоре сменила геоцентрическая система Птолемея, которая просуществовала вплоть до середины 16 века. Здесь следует отметить, что геоцентрическая система была шагом назад по сравнению с системой Филолая. Правда во 2 веке до н.э. Аристарх Самосский, проявив удивительную прозорливость, предложил гелиоцентрическую систему мира. Но в те времена эта смелая идея и не могла быть принята, она была предана забвению, и историки считают, что автор гелиоцентрической системы Коперник вряд ли что либо знал о системе мира Аристарха.

Необходимо отметить также, что уже в древние века представители разных школ достаточно ревностно оберегали свои идеи от внешних посягательств. Так, известно, что Платон был ярым противником учения древних атомистов, хотя его пять элементов по определению их сути перекликаются с определениями атомов. В результате, Платон приказывает уничтожать все труды одного из представителей атомистов - Демокрита. И по этой причине, в основном, трудов Демокрита практически не сохранилось.

Таким образом, основная ценность идей Пифагора и Платона заключается в том, что они содержат утверждение о подчиненности всех природных явлений строгим математическим законам и о возможности выразить их в виде математических соотношений.

Две другие программы по сути своей являются физико-философскими, то есть уже материалистическими. Наиболее важные черты этих программ прослеживаются в их представлениях о пространстве, времени, движении, материи.

Континуальная программа Анаксагора-Аристотеля

Когда говорят о времени возникновения физики то, как правило, называют время появления одноименного трактата Аристотеля в 4 в. до н. э. Однако правильнее было бы обратиться к более ранним трудам, и не Аристотеля, а Анаксагора.

Анаксагор (5 в. до н. э.) жил в Афинах, сюда же к этому времени переместился центр греческой науки. Анаксагору принадлежит идея о том, что Луна, Солнце, другие планеты и звезды представляют собой раскаленные камни. Движущее начало - дух - сообщило этим элементам материи вращательные движения, в результате этого движения и образовалась Земля и все вещи на ней. Анаксагор предполагает, что материя состоит из бесчисленного множества первоэлементов - «гомеомерий». Каждый из этих элементов неразрушим. Все превращения в мире - результат соединения и разъединения этих частиц. Даже в те времена это учение было слишком смелым. Анаксагор за такие смелые идеи был изгнан из Афин и умер в Малой Азии.

Свое завершение континуальная программа получила в трудах Аристотеля (3 в. до н.э.) - одного из наиболее выдающихся умов античной эпохи.

Научное наследие Аристотеля огромно и состоит из многочисленных работ по логике, философии, естествознанию, психологии, истории, этике, политике. Несмотря на то, что Аристотель не воспринял идей атомистов, отрицал возможность количественного подхода к изучению природы, был противником применения математики, утверждал геоцентрическое учение, в любом случае философия Аристотеля является более систематичной, чем все ее предшественники. Аристотель - крестный отец физической науки. Название его трактата «Физика» дало начало названию физической науки. Эта книга - философский трактат, в котором признается объективное существование материи, а физика объявляется общей теорией природы. Все, что известно о жизни Аристотеля, согласуется с обликом, который вырастает из текстов его трудов. Глубоко диалектический гений Аристотеля мог создать только такую научную картину мира, основным содержанием которой служит живое движение материи со всеми присущими ему противоречиями.

Важным моментом в представлении Аристотеля о материи является то, что она сама по себе служит только возможностью возникновения реальной вещи, пассивным началом природы. Для того, чтобы вещь стала реальностью, она должна получить форму, таким образом, в природе постоянно происходят переходы материи в форму и формы в материю. Возникло учение о 4-х действующих причинах: 1) материальной; 2) формальной; 3) производящей; 4) конечной. Это учение получило широкое распространение в средние века, став основой схоластики. Современное развитие науки дает возможность по новому оценить идеи Аристотеля о материи как о возможности и цели. Материя как возможность получила свое воплощение в представлениях современной теоретической физики о виртуальных частицах.

Понятие конечных причин в философии Аристотеля связано с характерным для античной науки соотношением статики и динамики. Динамические задачи расчета движения тел традиционно сводились к статическим задачам, расчету условий равновесия. Проектирование зданий, новых кораблей и т.д. требовало систематического решения статических задач, в то время как сами производственные процессы и в строительстве, и в ремесле были связаны со сравнительно неподвижной и примитивной техникой и не предъявляли механике самостоятельных требований.

Сведение динамических задач к статическим давало некоторую исходную схему для космологии. По Аристотелю Вселенная конечна, ограничена сферой неподвижных звезд, за которой нет ничего - ни материи, ни пустоты. А внутри сферы неподвижных звезд пустота отсутствует, все заполнено качественной материей. «Материя Аристотеля приобретает вид одной из 4-х известных нам уже стихий под действием так называемых первичных сил (сухое - мокрое; горячее - холодное; светлое - темное и т.д.). Не случайно физика Аристотеля получила название физики качеств.

Аристотель рассуждает о внутреннем устройстве Вселенной, представляя ее состоящей из надлунного мира идеальных круговых движений и подлунного мира естественных и насильственных движений. Конечность Вселенной предполагает наличие центра - Земли, которая является естественным местом всех тел подлунного мира. Таким образом механическая картина мира Аристотеля представлена неким каркасом естественных мест, в которые непременно должны стремиться все тела, совершая естественные в этом смысле движения. Положение тела в его естественном месте равновесия - это единственное требование для осуществления движения. Аристотель никогда не говорит о движении в данный момент времени, как о результате выполнения каких-то начальных условий. Таким образом, его картина лишена рассмотрения локальных процессов и представляет интегральную картину мироздания.

Концепции пространства и времени связаны в аристотелевской физике с идеями неоднородности Вселенной и абсолютности движений. Аристотель утверждает, что в однородном пространстве, в отсутствие выделенных точек естественное движение вообще невозможно. Поэтому невозможно допустить наличие пустоты, принимая заполненность пространства материей, которая и приводит к неоднородностям. «… Но каким же образом может быть движение по природе, если нет никакого различия в пустоте и бесконечности? Поскольку имеется бесконечность, ничто не будет ни вверху, ни внизу, ни посередине, поскольку пустота - не будет различия между верхом и низом…». В пустоте, а значит в однородном пространстве, утверждает Аристотель, движение должно существовать вечно: «… никто не сможет сказать, почему тело, приведенное в движение, где-нибудь остановится, ибо почему оно скорее остановится здесь, а не там? Следовательно, ему необходимо или покоиться, или бесконечно двигаться, если только не помешает что-нибудь более сильное…».

Представления о непрерывности и бесконечности пространства и времени позволяют Аристотелю оспаривать парадоксы Зенона. Линия непрерывна, утверждает Аристотель, потому что граница одного отрезка является началом другого. Таким образом, пространство - непрерывная по протяженности величина. Время является величиной, непрерывной по последовательности, так как каждое теперь соприкасается и с прошлым, и с будущим. В отличие от Зенона, для Аристотеля бесконечная делимость пространства не означает существования сосчитанной уже бесконечности точек, то есть актуальную бесконечность. Такая потенциально бесконечная делимость пространства связана с возможностью бесконечной делимости времени. Поэтому для прохождения бесконечного числа точек тело всегда имеет в своем распоряжении бесконечное число мгновений, т.е. и стрела достигнет цели и Ахиллес догонит черепаху. Отбрасывая таким образом парадоксы Зенона, Аристотель задается совсем другим вопросом и пытается его решить: в какой точке начинается полет стрелы? Он делает вывод, что если сослаться на бесконечную дробимость времени, то такие точки вообще не могут быть найдены, а пространство не состоит из точек и мгновений. «… Можно ли сказать о движении что-либо определенное, если рассматривать его в данный момент и в данной точке? Если о движении нельзя сказать что-либо определенной, рассматривая его «здесь» и «теперь», то деление пространства на отдельные «здесь», а времени на отдельные «теперь» не имеет смысла…».

Отсутствие локальных процессов в механике Аристотеля не означает, однако, потерю его интереса к отдельных процессам и превращениям. Так, например, противник количественных расчетов, он все же пытается сформировать правила для определения скорости тел, фактически вводит в физику понятие силы, впервые использует для сложения сил правило параллелограмма, рассуждает об относительности движения, описывая многочисленные примеры движения тел, находящихся в каюте корабля. Аристотель вообще формулирует основную задачу физики, как науки о природе: поиск начал и причин (но умозрительный поиск).

Рассмотренные нами аристотелевские представления о мире господствовали в науке вплоть до 17 века и сейчас еще находят некоторые отголоски (например, мы часто говорим «… тело стремится…», « частица стремится перейти..»). Эти таинственные стремления тел не что иное, как аристотелевское стремление к естественному месту. Как бы ни было, Аристотель подвел итог всему предыдущему развитию научных представлений, наметил новые пути развития отдельных направлений науки. Теперь естествознанию предстоял долгий путь поисков в борьбе за новое мировоззрение.

Атомистическая программа древности

Итак, интегральная картина мироздания Аристотеля исходила из преставления о конечности Вселенной. Другая, прямо противоположная концепция Вселенной приводит древних натурфилософов к разработке вопросов, продолжающих быть актуальными и в наши дни.

В картине мира, нарисованной еще древними ионийцами и оформленной окончательно Эмпедоклом, тела отличались от окружающей среды качественными особенностями, могли двигаться в среде, состоящей из качественно иных сочетаний элементов. В этих образах уже виднелся и физический смысл. Действительно, проблема выделения отдельных элементов или тел из окружающей среды, а в дальнейшем проблема соотношения пустоты и материи, станет основной при разработке концепций мироустройства во все последующие века.

На первый взгляд, если отказаться от объективных качественных отличий материи, то становится невозможным выделение отдельных объектов из окружающей среды. Но античная философия в лице древних атомистов решила эту проблему не аристотелевским путем: она приписала реальность не только бытию - существованию конкретных тел, но и небытию - пространству, лишенному материи. В результате вопрос о качественном различии между телами заменяется вопросом о различии материи и пустоты. Но тогда возникает закономерный вопрос: в чем состоит бытие отдельных элементов? Ответ на этот вопрос и пытались найти древние атомисты, этот же вопрос до сих пор остается методологической проблемой физики, как науки о природе.

Основоположниками древней атомистики историки называют Левкиппа (5 в. до н.э.) и Демокрита (5-4 в.в. до н. э.).

Уроженец Элеи (по некоторым преданиям Милета) Левкипп, познакомившись с философией Парменида, создает свое учение о субстанции, можно сказать противоположное по основной идее учению Парменида. В противовес единой, неподвижной и ограниченной Вселенной с несуществующим небытием, Левкипп развертывает картину бесконечной Вселенной, утверждая, что в мире существует бесконечное число всегда движущихся элементов - атомов. Бытие и небытие существуют в равной мере и в равной мере они являются причинами возникновения вещей. Бытие - это атомы, их сущность в абсолютной заполненности. Небытие - пустота. В которой движутся эти атомы. Атомы Левкиппа обладают бесконечным числом форм, потому что в природе нет причины, которая ограничивала бы это число. Атомы различны по величине, фигуре, движению, но все они мыслятся как однородные, непрерывные, а потому неделимые.

Разделяет точку зрения Левкиппа и дополняет его теорию атомов ученик и последователь Демокрит. Демокрит делает несколько важных выводов о свойствах атомов: 1) существуют атомы любых форм и размеров (в том числе размером с целый мир); 2) все направления и все точки в Великой Пустоте равноправны; 3) атомы двигаются в Великой Пустоте в любых направлениях с любыми скоростями. Последнее положение очень важно для теории Демокрита. По существу, из него следует, что движение само по себе не нуждается в объяснении, причину нужно искать только для изменения движения. Великая Пустота пространственно бесконечна. В первоначальном хаосе атомных движений в Великой Пустоте спонтанно образуется вихрь. Симметрия Великой Пустоты оказывается нарушенной внутри вихря, там возникает центр и периферия. Тяжелые тела, образующиеся в вихре, имеют тенденцию скапливаться вблизи центра вихря. Различие между легким и тяжелым не качественное, а количественное, и уже в этом заключается существенный прогресс. Сепарацию вещества внутри вихря Демокрит объясняет следующим образом: в своем стремлении к центру вихря более тяжелые тела вытесняют более легкие, и те остаются ближе к периферии вихря. В центре мира формируется Земля, состоящая из наиболее тяжелых атомов. На внешней поверхности мира образуется нечто вроде защитной пленки, отделяющей космос от окружающей Великой Пустоты. Поскольку структура мира обусловливается стремлением атомов к центру вихря, мир Демокрита имеет сферически-симметричную структуру. Демокрит -- сторонник концепции множественности миров. Миры бесконечны по числу и отличаются друг от друга по величине. В одних из них нет ни солнца, ни луны, в других -- солнце и луна большие, чем у нас, в третьих -- их не по одному, а несколько. В одном месте миры возникают, в другом -- идут на убыль. Уничтожаются же они, сталкиваясь друг с другом. Некоторые из миров лишены животных, растений и какой бы то ни было влаги.

Демокрит пытается объяснить свою точку зрения о множественности миров: если процесс какого-то рода может происходить, то в бесконечном пространстве где-нибудь когда-нибудь он обязательно происходит; то, что происходит в данном месте в данный момент времени, должно происходить и в других местах в те или иные моменты времени. Таким образом, если в данном месте пространства возникло вихреобразное движение атомов, приведшее к формированию нашего мира, то схожий процесс должен происходить и в других местах, приведя к формированию других миров. Получающиеся миры не обязательно одинаковы: нет никакого основания, чтобы не существовали миры вовсе без солнца и луны или с тремя солнцами и десятью лунами; только земля является необходимым элементом каждого мира (вероятно, просто по определению этого понятия: если нет центральной земли, это уже не мир, а просто сгусток вещества). Более того, нет никаких оснований также и для того, чтобы где-нибудь в беспредельном пространстве не образовался в точности тот же мир, что и наш. Все миры движутся в разных направлениях, поскольку равноправны все направления и все состояния движения. При этом миры могут сталкиваться, разрушаясь. Аналогично, равноправны все моменты времени: если образование мира происходит сейчас, то где-то оно должно происходить и в прошлом, и в будущем; в настоящее время разные миры находятся на разных стадиях развития. В ходе своего движения мир, образование которого не закончилось, может случайно проникнуть в пределы полностью сформированного мира и оказаться захваченным им (так Демокрит объяснял происхождение небесных светил в нашем мире). Поскольку Земля находится в центре мира, то все направления от центра равноправны, и у неё нет основания двигаться в каком-то направлении Демокриту принадлежит гениальная догадка, что Млечный Путь является множеством звезд, расположенных на таком маленьком расстоянии друг от друга, что их изображения сливаются в единое слабое свечение.