WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 10 |

«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Издание девятое, исправленное и дополненное Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации качестве для студентов высших учебных заведений ...»

-- [ Страница 2 ] --

Бурное развитие естествознания заново поставило вопрос о возникновении фундаментальных представле ний о пространстве и времени, а после появления кван тово-механического описания микрообъектов и других новых положений современного естествознания окру жающий нас мир более не воспринимается как огром ная детерминированная система, в которой Богу просто нет места. Кроме того, и историко-философские иссле дования показывают существенную зависимость науки от культурных и духовных взглядов, в том числе и рели гиозных. Итак, в настоящее время диалог между наукой и религией вышел на новый уровень.

Более осмысленными стали вопросы: как и почему возникли элементарные частицы? Почему, например, электрон имеет вполне определенный заряд и разме ры? По-новому сегодня звучит и вопрос о происхож дении Вселенной. Было ли что-нибудь до начала воз никновения объектов Вселенной? Если нет, то как она образовалась?

Современная естественно-научная космология решает проблемы, соотносящиеся с традиционно об суждаемыми теологией вопросами. Может быть, не случайно многие ученые-естествоиспытатели и мате матики, начав свои изыскания людьми неверующими, Глава 1. Естествознание и окружающий мир своим путем, по-разному, нередко приходили к вере. Казалось бы, что с развитием естествознания количество верующих с течением времени должно было все более сокращаться. Однако социологические ис следования, проведенные в 1916 и 1996 гг. среди случайно выбранных американских ученых, свидетель ствует о другом: за 80-летний период оно существенно не изменилось и составляет около 40%.

Конечно, Библия не описывает достаточно деталь но, как образовалась Вселенная и как возникла жизнь.

Скорее она говорит о том, для чего Бог создал мир, а не о том, как он создавался. Известный французский математик и физик Пьер Симон Лаплас (1749— объясняя Наполеону законы мироздания, сказал, что присутствие Бога для изучения таких законов ему не нужно. Другое дело, когда возникают вопросы о том, как возник окружающий нас мир. Последователи ма териалистического учения Дарвина полагают, что ин формация в генетическом коде накапливается в тече ние чрезвычайно длительного периода времени в ре зультате случайных мутаций. Можно представить, что в результате случайных перестановок различных букв алфавита образовалось слово, но практически невоз можно вообразить себе, чтобы при случайном выборе и соединении букв в слова и отдельных слов в закон ченные предложения, а затем из отдельных предложе ний в с заданным сюжетом была созда на целая книга — вероятность такого процесса, хотя и отлична от нуля, но ничтожно мала.

Известный современный английский астрофизик Фред Хойл (р. 1915) в результате строгих математичес ких расчетов пришел к выводу, что вероятность слу чайного зарождения жизни примерно такая же, как и вероятность того, что в результате сильного урагана, пронесшегося на мусорной свалке, будет создан сверх звуковой самолет. По мнению другого современного английского биофизика и генетика Фрэнсиса Крика (р. 1916) — одного из создателей модели молекулы ДНК (двойной спирали), лауреата Нобелевской премии 1962 г., «происхождение жизни кажется чудом, и с ее зарождением связано слишком много сложностей».

Вера в слепой случай, как альтернативная вера, лежит в основе атеизма. Анализируя мировоззренчес- Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ Н СОВРЕМЕННЫЙ МИР кие корни атеизма, Вольтер (1694— 1778) писал: «В Анг лии, как и повсюду, были и есть много атеистов из принципа... Я знал во Франции некоторых выдающих ся физиков, и — сознаюсь — меня крайне удивляло, что люди, так ясно представляющие себе приводные пру жины природы, не хотят видеть руку того, кто так зри мо определяет взаимодействие этих пружин. Мне ка жется, что среди прочего к материализму их привела вера в бесконечность и наполненность мира, а также вера в вечность материи. По-видимому, именно эти принципы и ведут к заблуждению;

напротив же, изве стные мне последователи Ньютона, исходящие из су ществования пустого пространства и конечности ма терии, допускали и существование Бога».

Современные естественно-научные работы по рас шифровке генома человека, опыты по клонированию животных никак не объясняют происхождение генетичес кого кода. Впрочем, возможно, как и Лаплас, ученые-есте ствоиспытатели не нуждаются в гипотезе о существова нии Бога для описания функционирования генетического кода и даже для его понимания, хотя при этом без Созда теля они не могут объяснить, как и откуда он взялся.

Вместе с тем мы обязаны помнить, что современ ное естествознание выросло на трудах гениальных ученых-естествоиспытателей: Ньютона, Кеплера, Фа радея, Максвелла и других, чья вера в Бога подвигала их на изучение Вселенной.

В наше время для некоторых людей по-прежнему основным аргументом в рассуждениях остается другая вера — вера в творческую силу случая. То, что в данном случае речь идет о вере, а не научно обоснованном понимании явлений, известный ученый Л.Х. Мэтьюз в предисловии к книге Дарвина «Происхождение видов» в г. сформулировал так: «Вера в эволюцию в точ ности соответствует вере в божественное сотворение мира — обе являются убеждениями, в верности кото рых верующие не сомневаются, хотя и не могут приве сти доказательства своей правоты». В этой связи пред ставляется разумным рассматривать обе концепции как принципиально мыслимые и допустимые.

Выдающийся французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623 — пояснял риск оши 72 бочного при ответе на вопрос о бессмертии Глава ЕСТЕСТВЕННО научное познание окружающего мира человека следующим образом. Существуют две возмож ности: либо предсказания Библии по поводу жизни после смерти верны, либо они ошибочны. Следователь но, в соответствии с верой или неверием в предсказа ния Библии можно разделить всех людей на две груп пы. Если вечной жизни нет, то в проигрыше оказыва ются тс, кто верил в нее. Они живут с неоправданной надеждой на вечный мир, в то время как правыми оказываются неверующие, и они лучше распоряжают ся своей жизнью в этом мире. Если же, напротив, предсказания Библии о вечной жизни верны, то вера в нее оказывается поддержкой в самых безнадежных ситуациях и тем самым оказывается полезной уже в течение этой жизни, чему добавляются неизмеримые преимущества в вечности. Ошибка неверующего ве дет при этом к значительно более тяжелым последстви ям, чем ошибка верующего. Неверно прожитая в этом мире жизнь ведет к вечным потерям. Библия описыва ет вечность для обеих групп так: «И многие из спящих в прахе земли пробудятся, одни для жизни вечной, другие — на вечное поругание и посрамление».

«Общежитие, пробуждая или ускоряя действие разума сонного, медленного в людях диких, рассеян ных, но большей части уединенных, рождает не только законы и правление, но самую Веру, столь естествен ную для человека, столь необходимую для гражданс ких обществ, что мы ни в мире, ни в Истории не нахо дим народа совершенно лишенного понятия о Боже стве»,— так оценивал истоки и необходимость для человека религии Н. М. Карамзин.

В современном естественно-научном познании все чаще ученый сталкивается с ситуацией, когда поиск истины оказывается тесно связанным с нравственны ми проблемами. «Цель науки и главный долг ученого — поиск истины, поэтому православный взгляд на про блемы науки и техники заключается, в частности, в том, чтобы отвергнуть многочисленные попытки поставить науку на службу не истине, не потребностям гармони ческого устроения жизни, а частным, корыстным ин тересам, в первую очередь господства и наживы»,— так с одной из нравственных позиций Патриарх Мос ковский и всея Руси Алексий II охарактеризовал долг истинного ученого. Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР Иными словами, основным ориентиром деятельно сти ученого-естествоиспытателя да любого другого должны быть те нравственные нормы и принципы, которые вырабатывались и проверялись жизнью в течение веков. Главные же из них — это заповеди, сформулированные еще в древние времена в Нагор ной проповеди (рис. 1.2). Думается, сегодня по-прежне му актуально мудрое напоминание Серафима Саровс кого о необходимости избегать рассеяния ума, но про буждать у людей голос совести, сердечное сокрушение и желание перемен к лучшему. Не менее актуальны слова Альберта Эйнштейна (1879— 1955): «Наука без религии хрома, а религия без науки слепа». Научные знания не могут уничтожить веру и заменить ее, но и вера не в состоянии заменить науку.

В последнее время, особенно в России и странах бывшего СССР, для науки и религии чрезвычайно важно общее поле для совместной борьбы с магией, колдовством, сектантством, религиозным экстремиз мом, которые приводят к разным антигуманным про явлениям, гибели людей и терроризму.

В результате анализа развития различных отраслей современной науки и ее взаимосвязи с религией Пре зидент Российской академии наук академик Оси пов в одном из своих выступлений сделал обобщающий вывод: «В настоящее время в отношениях религии и науки набирают силу процессы явного сближения. Если в начале Нового времени, в эпоху Просвещения наука стремилась обрести полную автономию от религии и вытеснить ее с позиций мировоззренческого и духовно го центра культуры, то теперь происходит их сближе ние и взаимодействие в формировании ценностей куль туры, ориентированной на человека».

Контрольные вопросы • Что является предметом изучения концепций современ ного естествознания?

• В чем заключается концептуальный подход в изучении современного естествознания ?

• Какова специфика современных естественно-научных знаний и какова их роль в образовании?

• Чем обусловливается актуальность современных знаний 74 о природе?

Глава 2. Естественно-научное познание окружающего мира • Что означает устойчивое развитие с естественно-науч ной точки • Какова роль естествознания в формировании профессио нальных знаний?

• Приведите цифры, характеризующие техногенное воз действие на живую природу.

• Чем обусловливается необходимость пересмотра всей си стемы знаний о природе?

• Какова роль фундаментальной базы образования и в она состоит?

• Для чего нужны естественно-научные знания будущим специалистам гуманитарного и социально-экономическо го профиля?

• Охарактеризуйте историю преобразований знаний.

• Какова роль естественно-научных знаний в решении про блем управления ?

• Почему естественно-научные знания принято считать ба зовым фактором экономики?

• Чем отличаются фундаментальные проблемы естествоз нания от прикладных?

• Для чего нужны фундаментальные • Назовите формальный признак разделения естественно научных проблем на фундаментальные и • В чем специфика современных фундаментальных иссле дований?

• Каковы механизмы взаимодействия представителей влас ти с учеными ?

• Какова роль математики в развитии естествознания ?

• В чем заключается математическое описание явлений природы ?

• Каков основной смысл высказывания Канта о роли мате матики в естествознании?

• Как характеризовал Пуанкаре гармонию природы, выра женную математическими законами?

Какова сущность закономерности развития науки?

• Приведите цифры, характеризующие развитие отече ственной науки, начиная с 1913 г.

• Может ли долго продолжаться экспоненциальное разви тие науки ?

• Чем обусловливаются псевдонаучные тенденции в разви тии пауки?

• Какие ошибочные пути в естественно-научном познании приводят к псевдонаучным тенденциям? Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР Дайте характеристику основным псевдона уки.

В чем опасность псевдонаучных проявлений?

Какие факторы способствуют развитию псевдонауки?

Какова взаимосвязь естествознания и нравственности?

Почему евгеника не получила дальнейшего развития?

Способствует ли естествознание формированию нрав ственных норм?

Какова роль рационального естественно-научного позна ния в формировании мировоззрения?

Назовите основные факторы, влияющие на мировоз зрение.

В чем проявляется иррациональная составляющая миро воззрения?

Почему религию нельзя сводить только к иррациональ ному?

Каковы основные признаки науки, сформулированные Гегелем?

Назовите признаки, общие для научного и религиозного знаний.

Чем определяются взаимоотношения естествознания с религией в разные периоды времени?

Каковы объективные факторы, определяющие сближе ние науки и религии в последнее время ?

Глава ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЕ ПОЗНАНИЕ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА Познающий естественно-научную истину и стремя щийся поведать тайны природы подобен человеку, ко торый на вершину крутой горы,— перед ним всегда два пути: либо, преодолевая трудности, по степенно, шаг за шагом восходить к небу — тогда пе ред ним открываются все новые и новые горизонты спуститься на грешную землю.

Автор • Процесс естественнонаучного познания Общие сведения. В основе естественно-научного познания окружающего мира лежит сложная творчес кая работа, включающая сочетающиеся сознательные и подсознательные элементы. О важной роли подсоз нательных элементов говорили многие выдающиеся ученые. В частности, А. Эйнштейн подчеркивал: «Нет ясного логического пути к научной истине, ее надо угадать некоторым интуитивным скачком мышления».

Особенности и специфика сознательных и подсозна тельных элементов придают индивидуальный характер решению разными учеными даже одной и той же ес тественно-научной проблемы. «И хотя представители различных школ считают свой стиль единственно пра вильным, разные направления дополняют и стимули руют друг друга;

истина же не зависит от того, каким способом к ней приближаться»,— так считал россий ский физик-теоретик академик Мигдал — Несмотря на индивидуальность и специфику ре шения научных задач, все же можно назвать вполне определенные правила научного познания:

ничего не принимать за истинное, что не представ ляется ясным и отчетливым;

Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР • трудные вопросы делить на столько частей, сколько нужно для их разрешения;

начинать исследование с самых простых и удобных для познания вещей и вос ходить постепенно к познанию трудных и сложных;

• останавливаться на всех подробностях, на все об ращать внимание, чтобы быть уверенным, что ни чего не упущено.

Эти правила впервые сформулировал Декарт, французский философ, математик, физик и физиолог.

Они составляют сущность метода Декарта, в одина ковой мере применимого как для естественно-научно го, так и гуманитарного познания.

Естественно-научные знания играют важную и определяющую роль в процессе познания. Так, англий ский физик Дж.К. Максвелл утверждал: «Что материальных наук, то они кажутся мне прямой дорогой к любой научной истине... Сумма знаний берет значи тельную долю своей ценности от идей, полученных пу тем проведения аналогий с материальными науками...» Достоверность научных знаний. В процессе разви тия естествознания всегда возникал и возникает вопрос:

в какой мере можно доверять научным результатам, т. е.

вопрос о достоверности научных результатов и качестве работы ученого. Приходится констатировать, что науч ная продукция на своем пути к истине ошибочными результатами. Вне зависимости от характе ра и природы происхождения ошибочные результаты не только сдерживают поступательный процесс познания, но и могут в ряде случаев привести к авариям, катастро фам и трагическим последствиям. Например, относитель но недавно американский космический аппарат для ис следования Марса аварию. Причина ее в том, что компьютерные программы для управления тормоз ными двигателями и для расчета траектории составля лись с учетом разных единиц измерения тяги.

Иногда результаты исследований оказываются ошибочными не в том смысле, что неко торые утверждения и представления со временем до полняются, уточняются и уступают место новым и что все естественно-научные экспериментальные резуль таты сопровождаются вполне определенной абсолют ной ошибкой, а в гораздо более простом смысле, когда 78 ошибочные формулы, неверные доказательства, несо Глава познание окружающего мира ответствие фундаментальным естествознания и т. п. приводят к неправильным результатам.

Для проверки качества научной продукции прово дится ее контроль: экспертиза, рецензирование и оп понирование. Каждый из них направлен на определе ние достоверности научных результатов. Приведем не которые цифры, характеризующие эффективность контроля предлагаемых патентуемых материалов. В ре зультате экспертизы 208 975 заявок на изобретения, поданных в Национальный совет изобретений США, выявлено, что всего лишь (около 4%) из них не противоречило здравому смыслу, а реализовано только 106 (менее 0,05%) заявок. Поистине, у поэта:

водит единого слова ради тысячи тонн словесной руды».

До недавнего времени в отечественных академических и центральных отраслевых журналах после рецензиро вания публиковалась примерно одна из пяти представ ленных работ. Добросовестное оппонирование позволя ет существенно сократить поток несостоятельных кан дидатских и докторских диссертаций.

Вместе с тем следует признать, что экспертиза, рецензирование и оппонирование далеки от совершен ства. Можно привести не один пример, когда великие научные идеи отвергались как противоречащие обще принятым взглядам,— это и квантовая гипотеза Макса Планка (1858— 1947), и постулаты Нильса Бора (1885 — и др. Обобщая свой опыт участия в научной дис куссии и оценивая мнения многих оппонентов, Планк писал: «Великая научная идея редко внедряется путем постепенного убеждения и обращения своих противников, редко бывает, что Саул становится Пав лом. В действительности дело происходит так, что оппо ненты постепенно вымирают, а растущее поколение с самого начала осваивается с новой идеей...» Научной полемики сознательно избегал Чарлз Дарвин. Об этом на склоне своих лет он писал: «Я очень рад, что избегал полемики, этим я обязан Лейелю [своему Он убедительно советовал мне никогда не ввязываться в полемику, так как от нее не выходит никакого прока, а только тратится время и портится настроение». Однако дискуссию по существу нельзя полностью исключать как постижения истины. Вспомним известное изречение: в споре рождается истина. Часть J. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР В науке и в особенности в естествознании есть внутренние механизмы самоочищения. Результаты исследований в областях, мало кому интересных, ко нечно, редко контролируются. Достоверность их не имеет особого значения: они все равно обречены на забвение. Результаты интересные, полезные, нужные и важные волей-неволей всегда проверяются, и мно гократно. Например, «Начала» Ньютона не были его первой книгой, в которой излагалась сущность зако нов механики. Первой была книга «Мотус», подверг шаяся жесткой критике Роберта Гука. В результате ис правлений с учетом замечаний Гука и появился фун даментальный труд «Начала».

Следует признать, что существующие способы контроля научной продукции малоэффективны, и для науки контроль не столь уж важен, может быть, в сущ ности, и не нужен. Он нужен в большей степени обще ству, государству, чтобы не тратить деньги на беспо лезную работу исследователей. Множество ошибок в научной продукции говорит о том, что приближение к научной истине — сложный и трудоемкий процесс, требующий объединения усилий многих ученых в те чение длительного времени. Около двадцати веков отделяют законы статики от правильно сформулиро ванных законов динамики. Всего лишь на десятке стра ниц школьного учебника умещается то, что добывалось в течение двадцати веков. Действительно, истина го раздо дороже жемчуга.

Естественно-научная истина — предмет познания.

Часто встречающееся утверждение: главная цель ес тествознания — установление законов природы, откры тие скрытых истин — явно или неявно предполагает, что истина где-то уже существует в готовом виде, ее надо только найти, отыскать как некое сокровище.

Великий философ древности Демокрит еще в V в. до н. э. говорил: «Истина скрыта в глубине (лежит на дне морском)». Что же означает открыть естественно-на учную истину в современном понимании? Это, во-пер вых, установить причинно-следственную связь явле ний и свойств объектов природы, во-вторых, подтвер дить экспериментом, опытом истинность полученных теоретических утверждений и, в-третьих, определить относительность естественно-научной истины.

2. познание окружающего мира Одна из основных задач заключа ется в том, чтобы объяснить процессы и свой ства объектов природы. Слово «объяснить» в большин стве случаев от «понять». Что обычно подразу мевает человек, говоря, например: «Я понимаю свойство познаваемого объекта». Как правило, это оз начает, что он понимает, чем обусловлено это свойство, * в чем его сущность и к чему оно приведет, т. е. он знает связь между причиной, объектом познания и следстви ем — связь. Количественное описание такой связи служит основой научной теории, характеризующейся четкой логической структурой и состоящей из набора принципов или аксиом и теорем со строгим доказательством и выводами. По такой схе ме строится любая математическая теория. При этом создается специальный научный язык, вводится сис тема научных понятий, отражающих сущность причин но-следственной связи и имеющих однозначный смысл. Так достигается математическая истина.

Истинный естествоиспытатель не должен ограни чиваться теоретическими утверждениями или выдви нутыми гипотезами для объяснения наблюдаемых яв лений или свойств. Он должен подтвердить их экспе риментом, опытом и связать с «действительным ходом вещей». Только так можно приблизиться к естествен но-научной истине, которая, как теперь понятно, прин ципиально отличается от математической истины.

После проведения эксперимента, опыта наступает за вершающая стадия естественно-научного познания, заключающаяся в установлении границ истинности полученных экспериментальных результатов или гра ниц применимости законов, теорий или отдельных на учных утверждений. Результат любого эксперимента, как бы он тщательно гш проводился, нельзя считать абсолютно точным. Неточность экспериментальных результатов обусловливается объективными и субъек тивными факторами. Один из существенных объектив ных факторов — динамизм познаваемого нами мира:

вспомним слова Гераклита — «Все течет, все изменя ется;

в одну и ту же реку нельзя войти дважды». Дру гой объективный фактор связан с несовершенством технических средств эксперимента. Эксперимент про водит человек, органы чувств и интеллектуальные б С. X. — КСЕ Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР собности которого ограничены и от совершен humonum est — ошибаться свойственно человеку (известное латинское выражение) — это и есть субъективный фактор неточности естественно научных результатов, и, следовательно, относительно сти естественно-научной истины.

Выдающийся естествоиспытатель академик Вернадский (1863 — 1945) с уверенностью утвер ждал: «В основе естествознания лежат только научные эмпирические факты и научные эмпирические обоб щения». Напомним: эмпирический подход основан эксперименте и опыте как определяющих источниках естественно-научного познания. Вместе с тем ука зывал и на ограниченность знаний.

Не подтвержденные опытом, экспериментом утвер ждения носят гипотетический характер. Только экспе римент и опыт превращают их в истинную естествен но-научную теорию.

Научная теория и эксперимент, или, в обобщен ном представлении, наука и — вот два кита, на которых держится ветвистое древо познания. «Влюб ленный в практику без науки словно кормчий, ступа ющий на корабль без руля или компаса;

никогда не уверен, куда плывет... Наука — полководец, а практи ка — солдат»,— так сказал Леонардо да Винчи — 1519).

Сформулируем три основных положения есте ственно-научного познания:

• в основе естественно-научного познания лежит причинно-следственная связь;

• истинность знаний подтвержда ется экспериментом, опытом;

• любая естественно-научная истина относительна.

Эти положения соответствуют трем стадиям есте ственно-научного познания. На первой стадии уста навливается причинно-следственная связь в соответ ствии с принципом причинности. Первое и достаточно полное определение причинности содержится в выс казывании Демокрита 470 или 460 гг. до н. э.):

«Ни одна вещь не возникает беспричинно, но все воз никает на каком-нибудь основании и в силу необходи мости». В современном понимании причинность озна Естественнонаучное познание мира чает связь между отдельными состояниями видов форм материи в процессе ее движения развития. Воз никновение любых объектов и систем, а также изме нение их свойств во времени имеют свои основания в предшествующих состояниях материи в процессе ее движения и развития;

эти основания при чинами, а вызываемые ими следствия ми. Причинно-следственная связь — основа не только естественно-научного познания, но и любой другой де ятельности человека.

Вторая стадия познания заключается в эксперимента и опыта. Естественно-научная истина — это объективное содержание результатов эксперимен та и опыта. Критерий естественно-научной истины — эксперимент, опыт. Эксперимент и это выс шая инстанция для естествоиспытателей: их приговор не подлежит пересмотру.

Любые естественно-научные знания (понятия, идеи, концепции, модели, теории, экспериментальные результаты и т. п.) ограничены и Определение границ соответствия и относительности естественно-научных знаний — это третья стадия естественно-научного познания. Например, установ ленная граница соответствия, называемая иногда интервалом адекватности, для классической механи ки означает, что ее законы описывают движение мак роскопических тел, скорости которых малы по сравне нию со скоростью света в вакууме. Как уже отмеча лось, в основе естествознания лежит эксперимент, который в большинстве случаев включает измерения.

Подчеркивая важную роль измерений, Менделе ев (1834—1907) писал: «Наука началась тогда, когда люди научились мерить;

точная наука немыслима без меры». Измерений абсолютно точных не бывает, и в этой связи задача ученого-естествоиспытателя заклю чается в установлении интервала неточности. При совершенствовании методов измерений и технических средств эксперимента повышается точность измерений и тем самым сужается интервал неточности и экспе риментальные результаты приближаются к абсолют ной истине. Развитие естествознания — это после довательное приближение к абсолютной естествен но-научной истине. Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР 2.2. Формы познания Единство эмпирического и теоретического позна ния. Каждый акт познавательного процесса включает в себя в той или иной степени как наглядно-чувствен ные, эмпирические, так и абстрактные, теоретические элементы. Каждый акт живого созерцания пронизан опосредован понятиями, категориями. Воспри нимая какой-либо объект, мы сразу же относим его к определенной категории вещей, процессов.

Исторически путь естественно-научного позна ния окружающего мира начинался с живого созер цания — чувственного восприятия фактов на осно ве практики. От живого созерцания человек перехо дит к абстрактному мышлению, а от него — снова к практике, в которой он реализует свои мысли, выве ряет их истинность. Современный естествоиспыта тель, мышление которого аккумулировало в опреде ленной степени человеческий опыт и выработанные человечеством категории и законы, не приступает к исследованию с живого Любое есте ственно-научное исследование с самого начала в руководящих идеях. Они служат своего рода направляющей силой, без них естествоиспытатель обрекает себя на блуждание в потемках, не может поставитытравильно ни одного эксперимента. Вмес те с теоретическая мысль, даже безупречная по своей логической строгости, не может сама по себе вскрыть закономерности материального мира. Для своего эффективного движения она должна постоян но получать стимулы, толчки, факты из окружающей действительности через наблюдения, эксперименты, т. о. эмпирического познания.

Эмпирическое и теоретическое познание — это единый процесс, характерный для любого естествен но-научного исследования на любой его стадии.

Чувственные формы познания. Познание дей ствительности осуществляется в разных формах, из которых первой и простейшей является ощущение.

Результат ощущения -- простейшие чувственные отражения отдельных свойств предметов. Напри мер, в апельсине мы ощущаем оранжевую окраску, оп ределенную твердость, специфический и т. п.

Глава познание окружающего Ощущения возникают под влиянием процессов, исхо дящих из внешней по отношению к роды и действующих на наши органы чувств. Внешними раз являются звуковые и световые волны, ме ханическое давление, химическое воздействие и т. д.

Любой предмет обладает множеством самых раз нообразных свойств. Все эти свойства объединены в одном предмете. И воспринимаем и осмысливаем их не порознь, а как единое целое. Следовательно, объективной основой восприятия как целостного образа является единство и вместе с тем множественность различных сторон и свойств в предметах.

Целостный образ предметов, воздействующих но органы чувств, называется вос приятием. Восприятие включает в себя осознание, осмысление предметов, их свойств и отно шений, основанное на вовлечении каждый раз вновь получаемого впечатления в систему уже имеющихся знаний.

Жизнь, необходимость ориентировки организма в мире макроскопических целостных вещей и процес сов организовала наши органы чувств так, что мы вос принимаем вещи как бы суммарно. Ограниченность, зрительного или осязательного восприятия является практически целесообразной. Неспособность руки воспринимать микроструктуру, а глаза — видеть мельчайшие детали дает возможность лучше отражать макроструктуру. Если бы было иначе, то все сливалось бы в сплошное марево движущихся частиц, молекул, и мы не увидели бы вещей и их границ. Можно предста вить, что бы было, если бы мы на все смотрели через мощный микроскоп.

ощущения и восприятия оставляют пос ле себя «следы» в мозгу, суть которых состоит в спо собности воспроизводить образы предметов, которые в данный момент не воздействуют на человека.

Способность мозга запечатлевать, сохранять воз действие или сигналы внешней среды и в нужный момент воспроизводить их называется памятью.

Память играет очень важную познавательную роль в человека. Если бы образы, возникнув в мозгу в момент воздействия на него предмета, исчезали зу же после прекращения этого воздействия, то чело- _Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР век каждый раз воспринимал бы предметы, как совер шенно незнакомые. Он не узнавал бы их, а стало быть, и не осознавал. Чтобы осознать что-то, необходима умственная работа сравнения настоящего состояния с Психические явления, сменяющие друг друга и не связанные с предшествующими явле ниями, прежде чем закрепиться в памяти, не могут остаться фактом сознания. В результате восприятия внешних воздействий и сохранения их во времени памятью возникают Представления — это образы тех объектов, ко торые когда-то воздействовали на органы чувств че ловека, и при отсутствии объектов восстанавлива ются по сохранившимся в мозгу следам.

Ощущения и восприятия — начало возникновения сознательного отражения. Память закрепляет и сохра няет полученную информацию. Представление — пси хическое явление, в котором сознание впервые отры вается от своего непосредственного источника на чинает существовать как субъективное явление. В уже теряется непосредственная чувственная данность объекта сознания. Представление — промежуточная ступень при переходе от ощущения к мысли. В народе говорят: «Око видит далеко, а мысль — еще дальше».

Научный факт. Необходимое условие естествен но-научного исследования состоит в установлении фактов. Эмпирическое познание поставляет науке факты, фиксируя при этом устойчивые связи, законо мерности окружающего нас мира. Констатируя тот или иной факт, мы фиксируем существование определен ного объекта. При этом, правда, остается обычно еще неизвестным, что он представляет по существу. Про стая констатация факта держит наше познание на уровне бытия.

Вопрос о том, существует ли реально тот или иной объект — исключительно важный вопрос научного познания. На вопрос о бытии чего-либо естествоиспы татель обычно отвечает или «да», или «может быть», или «весьма вероятно». Констатация бытия объекта — первая, очень низкая ступень познания. Факты приоб ретают силу научного основания для построения той или иной теории в том случае, если они не только достоверно устанавливаются, разумно отбираются, но Глава Естественно-научное познание окружающего мира и рассматриваются в их научной связи. Однако пости жение действительности невозможно без построения теорий. Даже эмпирическое действи тельности не может начаться без теоре тической направленности. Вот как по этому по воду Павлов (1849— 1936): «... во всякий момент требуется известное общее представление о предмете, для того чтобы было на что цеплять факты, для того чтобы было с чем двигаться вперед, для того чтобы было что предполагать для будущих изысканий. Такое пред положение является необходимостью в научном деле».

Без теоретического осмысления невозможно цело стное восприятие действительности, в рамках которо го многообразные факты укладывались бы в некото рую единую систему. Сведение задач науки к сбору фактического материала, по мнению А. Пуанкаре, оз начало бы полное непонимание истинного характера науки. «Ученый должен организовать факты, — писал он, — наука слагается из фактов, как дом из кирпичей.

И одно голое накопление фактов не составляет еще науки, точно так же, как куча камней не составляет дома».

Сущность естественно-научного познания окружа ющего мира заключается не только в описании и объяс нении многообразных фактов и закономерностей, вы явленных в процессе эмпирических исследований исходя из установленных законов и принципов, а вы ражается также и в стремлении естествоиспытателей раскрыть гармонию мироздания.

Наблюдение и эксперимент. Важнейшими мето дами естественно-научного исследования являются наблюдение и эксперимент.

Наблюдение — преднамеренное, планомерное восприятие, осуществляемое с целью выявить суще ственные свойства объекта познания. Наблюдение относится к активной форме деятельности, направлен ной на определенные объекты и предполагающей формулировку целей и задач. Наблюдение требует специальной подготовки — предварительного озна комления с материалами, относящимися к объекту бу дущего наблюдения: с рисунками, фотографиями, опи санием предметов и т. п. Важное место в подготовке наблюдения должно занимать уяснение задач наблю- Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР дения, требований, которым оно должно удовлетворять, разработка плана и способов наблю дения.

Эксперимент — метод или прием исследования, с помощью которого объект или воспроизводится искус ственно, или ставится в заранее определенные усло вия.

Метод изменения условий, в которых находится исследуемый объект,— это основной метод экспери мента. Изменение условий позволяет вскрыть причин ную зависимость между заданными условиями и ха рактеристиками исследуемого объекта и одновремен но обнаружить те новые свойства объекта, которые не проявляются непосредственно в обычных условиях, проследить характер изменения наблюдаемых свойств в связи с изменением условий. С изменением условий изменяются свойства объекта, а другие свойства при этом не претерпевают существенных изменений, от них мы можем отвлечься. Эксперимент, таким образом, не сводится к простому наблюдению — он активно вмешивается в реальность, изменяет усло вия протекания процесса.

Технические средства эксперимента. Естествен но-научное экспериментальное исследование немыс лимо без создания разнообразных технических средств, включающих многочисленные приборы, инструменты и экспериментальные установки. Без эксперименталь ной техники невозможно было бы развитие естествоз нания. Прогресс естественно-научного познания су щественно зависит от развития используемых нау кой технических средств. Благодаря микроскопу, телескопу, рентгеновским аппаратам, радио, телеви зору, сейсмографу и т. п. человек значительно расши рил свои возможности восприятия.

Первые закономерности в природе были установ лены, как известно, в движении небесных тел и были основаны на наблюдениях, осуществляемых невоору женным глазом. Галилей в своих классических опытах с движением тела по наклонной плоскости измерял время по количеству воды, вытекающей через тонкую трубку из большого резервуара, тогда еще не было часов в нашем представлении. Однако давно прошло время, когда естественно-научные исследования мог Глава 1. Естественно-научное познание окружающего мира ли осуществляться при помощи подручных средств.

Галилей прославился в науке не только ориги нальными исследованиями механических явлений, но и изобретением подзорной трубы. Сегодня астрономия немыслима без разнообразных телескопов, в том чис ле и радиотелескопов, позволяющих человеку заглянуть в такие дали мироздания, откуда свет доходит до нас в течение миллионов световых лет.

Огромную роль в развитии биологии сыграл мик роскоп, открывший человеку многие тайны живого мира. Сегодняшние технические средства дают воз можность осуществить эксперимент на молекулярном, атомном и ядерном уровнях. Техника современного эксперимента состоит не только из высокочувствитель ных приборов, но и из специальных сложных экспери ментальных установок. Например, для проникновения вглубь атомного ядра строятся громадные эксперимен тальные сооружения — синхрофазотроны.

Наукой сегодня активно используются для прове дения экспериментов космические корабли, подводные лодки, различного рода научные станции, заповедники. Успехи естествознания тесно связаны с усовершенствованием методов и средств измерения, с усовершенствованием приборов и установок, которые позволяют со все возрастающей гибкостью и утончен ностью изменять условия наблюдения и эксперимента.

За последние десятилетия создана мощная вычислитель ная техника, которая не только составляет неотъемле мую часть современного экспериментального оборудо вания, но и включена образом в сам про цесс мышления.

Мышление. Мышление — высшая ступень позна ния. Хотя его источник — ощущения и восприятие, но оно выходит за их границы и позволяет формировать знания о таких объектах, свойствах и явлениях, кото рые не доступны органам чувств. Мышление освобож дает людей от необходимости быть непосредственно связанным с изучаемым объектом. Оно дает возмож ность мысленно оперировать с объектом, ставя его в различные соотношения с другими объектами, сопос тавлять вновь приобретаемое знание об объекте с ра нее приобретенными. Тем самым открывается путь для относительно самостоятельной теоретической деятель Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР лишь косвенно с эмпирическим по знанием.

Мышление — целенаправленное, опосредованное и обобщенное отражение в мозгу человека существен ных свойств, причинных отношений закономерных связей вещей. Основными формами мышления явля ются понятия, суждения и умозаключения.

Понятие — это мысль, в которой отражаются общие и существенные свойства объектов и явлений.

Понятия не только отражают общее, но и группируют, классифицируют объекты в соответствии с их разли чиями. Понятие «дерево» отражает не только общее, то, что свойственно всем деревьям, но и отличие любо го дерева от всякого другого.

В отличие от ощущений восприятия и представле ний понятия лишены наглядности или чувственности.

Содержание понятия зачастую невозможно предста вить в виде наглядного образа. Можно представить, например, доброго человека, но нельзя представить в виде чувственного образа такие понятия, как доброта, зло, красота, закон, скорость света, мысль и т. п. Но все это он может понять.

Понятия возникают и существуют в определенной связи, в виде суждений. Мыслить — значить судить о чем либо, выявлять определенные связи и отношения между различными сторонами объекта или между объектами.

Суждение — форма мысли, в которой посредством связи понятий утверждается (или отрицается) что либо о чем-либо.

Например, мысль, выраженная предложением составная часть атома», есть суждение, в котором о ядре высказывается мысль, что оно входит в состав атома.

По отношению к действительности суждения оце ниваются как истинные или ложные. Например, суж дение «Ока — приток Енисея» ложно, так как на са мом деле Ока не является притоком Енисея, а сужде ние «Ока — приток Волги» истинно. Истинность и ложность мыслей проверяется практикой.

К тому или иному суждению человек может прий ти путем непосредственного наблюдения какого-либо факта или опосредованным путем — с помощью умо заключения.

Глава 2. Естественно-научное познание окружающего мира Умозаключение — форма рассуждения, в ходе ко торого из одного или нескольких суждений, называе мых предпосылками или посылками, выводится новое суждение (заключение или следствие), логически непосред ственно вытекающее из посылок. Пример: «Если дан ное тело подвергнуть трению, то оно нагревается;

тело подвергли трению, значит, оно нагрелось».

На примере из истории естествознания разъясним, что такое теоретическое мышление человека. Извест ный французский бактериолог Луи (1822 — 1895), изучая сибирскую язву, долгое время не мог ответить на вопросы: каким образом домашние живот ные заражаются этой болезнью на пастбищах? Откуда на поверхности земли появляются бациллы сибирской язвы? Было известно, что люди зарывали трупы пав ших животных (из-за опасения заразить других живот ных) глубоко в землю. Проходя однажды по сжатому полю, Пастер заметил, что один участок земли окра шен светлее, чем остальные. Спутник объяснил ему, что именно на этом участке некогда была зарыта павшая от сибирской язвы овца. Внимание Пастера привлек факт, что на этом участке имелось множество ходов дождевых червей и выделенных ими землистых экск рементов. У возникла мысль, что дождевые черви, выползая из глубины земли и вынося с собой споры сибирской язвы, являются переносчиками этой болезни. Так Пастер косвенным путем, путем мыслен ного своих впечатлений проник в то, что было скрыто от восприятия. Дальнейшие опыты под твердили правильность его умозаключения.

Приведенный эпизод — типичный пример теоре тического мышления. Пастер непосредственно не вос принимал причины заражения домашних животных сибирской язвой. Он узнал об этой причине косвен ным путем, через посредство других фактов, т. е. опос редованно. Первый существенный признак мышления и заключается в том, что оно есть процесс опосредо ванного познания объектов. На основании видимого, слышимого и осязаемого люди проникают в невиди мое, неслышимое и неосязаемое. Именно на таком опосредованном познании основана вся наука.

Объективной основой опосредованного процесса познания выступает наличие опосредованных связей, Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР причинно-следственных отношений, существующих в самой действительности и дающих возможность на основании восприятия следствия сделать вывод о при чине, вызвавшей данное следствие, а на основании знания причины предвидеть следствие. Опосредован ный характер мышления заключается, еще и в том, что человек познает действительность не только в резуль тате своего личного опыта, но и путем, овладевая исторически накопленным опытом и знани ями всего человечества, которые зафиксированы, на пример, в памятниках письменности.

Одна из важных задач естественно-научного по знания —- обобщение всего известного об окружающем мире. Эксперимент и наблюдение дают огромное мно гообразие данных, порой не согласованных между собой и даже противоречивых. Главная теоре тического мышления — привести полученные данные в стройную систему создать из них научную карти ну мира, лишенную логического противоречия.

Исследуя, например, оптические свойства кристал лов винной кислоты, Пастер заметил, что плесневый грибок разрушает некоторые ее кристаллы. Эти наблю дения привели к смелому обобщению, что и другие изменения веществ, наблюдаемые в природе и известные к тому времени как различные брожения, также вызываются живыми микроорганизмами.

тер ставит ряд остроумных опытов, которые неопро вержимо доказывают, что все виды брожения вызыва ются микробами.

Важной формой теоретического мышления явля ется гипотеза — предположение, исходящее из ряда фактов допускающее существование объекта, его свойств, определенных отношений. Гипотеза — это вид умозаключения, пытающегося проникнуть в сущность еще недостаточно изученной области действительнос ти. требует проверки и доказательства, после чего она приобретает характер теории.

Теория — система обобщенного знания, объясне ния тех или иных сторон окружающего мира. Напри мер, утверждение об атомном строении материи было время гипотезой. Подтвержденная опытом, эта гипотеза превратилась в достоверное знание — теорию 92 атомного строения материи.

Глава 2. Естественно-научное познание окружающего мира Описание, объяснение и предвидение. Эмпиричес кое познание имеет дело с фактами и их описанием.

При теоретическом анализе эмпирического материала логической обработке подвергается вся совокупность эмпирических данных, различными путя ми и в различных источниках инфор мации. В процессе теоретического мышления познание идет от фактов и их описания к интерпретации, объяс нению их. Первым и необходимым условием объясне фактов является их. понимание, т. с. осмысление фактов в системе понятий данной науки. Понять явле ние — значит выяснить те особенности, благодаря ко торым оно играет определенную роль составе цело го, раскрыть способ его возникновения.

Эмпирическое познание констатирует, кок проис ходит событие. Теоретическое познание отвечает на вопрос, почему оно проистекает именно таким обра зом. Эмпирическое познание ограничивается описани ем, фиксацией результатов и эксперимен та с помощью соответствующих средств записи ин формации, таблиц, схем, графиков, количественных показателей и т. и. Описание фиксирует и организует факты, дает их качественную и количественную харак теристику, вводит факты в систему выработанных в данной науке понятий, категорий, подготавливает фак тический материал для объяснения.

Теоретическое познание — это прежде всего объяснение причины явлений. Это предполагает вы яснение внутренних противоречий вещей, предсказа ние вероятного и необходимого наступления событий и тенденции их развития. Например, предсказание Максвеллом электромагнитных волн, Д. Менделе евым (1834 — — новых химических элементов. Из релятивистской теории движения электрона, предло женной Полем (1902— 1984), вытекало пред видение существования нового объекта — позитрона.

Конечно, речь идет не о единичном объекте, а о мно одноименных объектов с вполне определенны ми свойствами. Тот или иной закон может быть пред сказан на основании существующей теории. Однако есть и другой, в определенном смысле путь предвидения закона — вывод его из эмпирических данных. Так эмпирический закон. Теоретичес- ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР ки предсказанный закон подтверждается эмпиричес ки, а эмпирический закон, как правило, обосновывает ся теоретически.

Существуют интуитивные для кото рых основания не представляются явно. Такие пред видения характерны для исследователей — крупных специалистов в своей области, для них существен ную роль играет подсознательная деятельность мозга.

• 2.3. Методы и приемы исследовании Понятие методологии и метода. В современном понимании методология — учение о структуре, логи ческой организации, методах средствах деятельно сти. В частности, методология естествознания — это учение о принципах построения, формах и способах естественно-научного познания.

это совокупность приемов, или опера ций, практической или теоретической деятельности.

Метод неразрывно связан с теорией: любая систе ма объективного знания может стать методом. Нераз рывная связь метода и теории выражается в методоло гической роли естественно-научных законов. Напри мер, законы сохранения в естествознании составляют методологический принцип, требующий обязательно го их учета при соответствующих теоретических опе рациях;

рефлекторная теория высшей нервной дея тельности служит одним из методов исследования по ведения животных и человека. Характеризуя роль правильного метода в научном познании, Фрэнсис Бэкон (1561 — 1626) сравнивал его со светильником, путнику дорогу в темноте. Нельзя рас считывать на успех в изучении какого-либо вопроса, идя ложным путем. Метод сам по себе не предопреде ляет полностью успеха в естественно-научном иссле довании действительности: важен не только хороший метод, но и мастерство его применения.

Различные методы отраслей естествознания (фи зики, химии, биологии и т. п.) являются частными отношению к общему диалектическому методу позна ния. Каждая отрасль естествознания, имея свой пред Глава 2. Естественно-научное познание мира изучения и свои принципы, при меняет свои специальные методы, вытекающие из того или иного сущности ее объекта. Применя емые специальные методы, например, в археологии или географии, обычно не выходят за этих наук. В то же время физические и химические методы применяются не только в физике и химии, но и в ас трономии, биологии, археологии. Применение метода какой-либо отрасли науки в других ее отраслях возмож но потому, что их объекты подчиняются законам этой науки. Например, физические и химические методы применяются в биологии на том основании, что объек ты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы дви жения материи.

Сравнение, анализ и синтез. Еще мысли тели утверждали: сравнение — мать познания. Народ метко это в пословице: «Не узнав горя, не узнаешь и радости». Нельзя узнать, что такое хорошо, не зная плохого, нельзя понять малого без большого и т. п. Все познается в сравнении.

Чтобы узнать, что представляет собой тот или иной предмет, необходимо прежде всего выяснить, в чем он сходен с другими предметами и чем отличается от них. Например, для определения массы какого-либо тела необходимо сравнить ее с массой другого тела, принятого за эталон, т. о. за образец меры. Такой процесс осуществляется путем взвешива ния на весах.

Сравнение есть установление сходства разли чия объектов. Сравнение лежит в основе многих ес тественно-научных измерений, составляющих не отъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ори ентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Будучи необходимым приемом познания, сравнение играет важную роль в практи ческой деятельности человека и в естественно-науч ном исследовании, когда сравниваются действитель но однородные и близкие по своей сущности объекты.

Нет смысла сравнивать, как говорят, фунты с арши нами. Сравнение является весьма важным общим Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР приемом познания в различных отраслях есте ствознания.

Процесс естественно-научного познания соверша ется так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутрен нюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны расчленить изучаемые объекты.

Анализ представляет собой мысленное или реаль ное разложение объекта на составляющие части.

Будучи необходимым приемом познания, анализ — также и один из элементов процесса познания.

Невозможно познать сущность объекта, только его на элементы, из которых он состоит: хи мик, по словам Гегеля, помещает мясо в свою реторту, подвергает его разнообразным операциям и затем го ворит: я нашел, что оно состоит из кислорода, углеро да, водорода и т. д. Но эти вещи уже не суть мясо. В каж дой отрасли естествознания есть как бы свой предел членения объекта, за которым наблюдается иной мир свойств и закономерностей.

Когда путем анализа частности достаточно изуче ны, наступает следующая стадия познания — син тез — объединение в единое целое расчлененных ана лизом элементов.

Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от Синтез вскрывает то общее, что связывает части в единое целое.

Человек разлагает объект на составные части для того, чтобы сначала обнаружить сами части, узнать, из чего состоит целое, а затем рассмотреть его как состоя щее из частей, но уже обследованных каждая в отдель ности. Анализ и синтез находятся в диалектическом единстве между собой: в каждом своем движении наше мышление столь же аналитично, сколь и синте тично.

Анализ и синтез свое начало в практической деятельности человека, в его труде. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического расчленения, разрубания, раз малывания, соединения, составления предметов при изготовлении орудий труда, одежды, и т. и.

Лишь постепенно осмысливая то, что происходит с Глава 1. познание окружающего объектом при выполнении практических действий с ним, человек учился мысленно анализировать и синте зировать. Анализ и синтез — основные приемы мыш ления: процессы разъединения и соединения, разру шения и созидания составляют основу всех процессов материального мира. В мире происходят непрекраща ющиеся процессы разложения и соединения: тела от талкиваются и притягиваются;

химические элементы вступают в связь и в живом организ ме непрерывно осуществляется процессы ассимиля ции и Абстрагирование, идеализация и обобщение. Каж дый изучаемый объект характеризуется множеством свойств и связан множеством нитей с другими объек тами. В процессе естественно-научного познания воз никает необходимость сконцентрировать внимание на одной какой-либо стороне или свойстве изучаемого объекта и отвлечься от ряда других его качеств или Абстрагирование — мысленное выделение какого либо предмета, в отвлечении от его связей с другими предметами, какого-либо свойства предмета в отвле чении от других его свойств, какого-либо отношения предметов в отвлечении от самих предметов. Перво начально абстрагирование выражалось в выделении руками, взором, орудиями труда одних предметов и отвлечении от других. Об этом свидетельствует и про исхождение самого слова «абстрактный» — от лат.

abstractio — удаление, отвлечение. Да и русское слово «отвлеченный» происходит от глагола «влачить».

Абстрагирование составляет необходимое условие возникновения и развития любой науки и человечес кого познания вообще. Вопрос о том, что в объективной действительности выделяется абстрагирующей рабо той мышления и от чего мышление отвлекается, в каж дом конкретном случае решается в прямой зависимо сти от природы изучаемого объекта и тех задач, кото рые ставятся перед исследователем. Например, в математике многие задачи решаются с помощью урав нений без рассмотрения конкретных об'ьектов, стоящих за ними — люди это или животные, растения или ми нералы. В этом и состоит великая сила математики, а вместе тем и ее ограниченность.

7 С. X. — КСЕ Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР Для механики, изучающей тел в про странстве, безразличны физико-кинетические свойства тел, кроме массы. И. Кеплеру были неважны красно ватый цвет Марса или температура Солнца для уста новления законов обращения планет. Когда Луи де Бройль (1892—1987) искал связь между свойствами электрона как частицы и как волны, он имел право не интересоваться никакими другими характеристиками этой частицы.

Абстрагирование — это движение мысли вглубь предмета, выделение его существенных элементов.

Например, чтобы данное свойство объекта рассматри валось как химическое, необходимо отвлечение, абст ракция. В самом деле, к химическим свойствам веще ства не относится изменение его формы, поэтому хи мик исследует медь, отвлекаясь от того, что именно из нее изготовлено.

В живой ткани логического мышления абстракции позволяют воспроизвести более глубокую и точную картину мира, чем это можно сделать с помощью вос приятия.

Важным приемом естественно-научного познания мира является идеализация как специфический вид абстрагирования. Идеализация — это мыслительное образование абстрактных объектов, не существую щих и не осуществимых в действительности, но для которых имеются прообразы в реальном мире.

Идеализация — это процесс образования понятий, реальные прототипы которых могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения. Примеры иде ализированных понятий: «точка», т. с. объект, который не имеет ни длины, ни высоты, ни ширины;

«прямая линия», «окружность», «точечный электрический за ряд», «идеальный газ», «абсолютно черное тело» и др.

Введение в естественно-научный процесс иссле дования идеализированных объектов позволяет осуще ствить построение абстрактных схем реальных процес сов, что необходимо для более глубокого проникнове ния в закономерности их протекания.

Важной любого естественно-научного по знания является обобщение — мысленного пе рехода от единичного к общему, от менее общего к более общему.

Глава Естественно-научное познание окружающего мира Можно привести множество примеров обобщения:

мысленный от понятия «треугольник» к поня тию «многоугольник», от понятия «механическая фор ма материи» к понятию «форма движения материи», от суждения «этот металл электропроводен» к суждению «все металлы электропроводны», от суж дения «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии пре вращается в иную форму энергии» и т. п.

Мысленный переход от более общего к менее об щему есть процесс ограничения. Процессы обобщения и ограничения неразрывно связаны между собой. Без обобщения нет теории. Теория создается для примене ния се на практике для решения конкретных задач.

Например, для измерения объектов, создания техни ческих сооружений всегда необходим переход от бо лее общего к менее общему и единичному, т. е. всегда необходим процесс ограничения.

Абстрактное и конкретное. Процесс естественно научного познания осуществляется двумя взаимосвя занными путями: путем восхождения от конкретного, данного в восприятии и представлении, к абстракциям и путем восхождения от абстрактного к конкретному.

На первом пути наглядное представление «испаряет ся» до степени абстракции, на втором пути мысль дви жется снова к конкретному знанию, но уже к богатой совокупности многочисленных определений.

Под абстрактным понимается одностороннее, неполное отражение объекта в сознании. Конкрет ное же знание есть отражение реальной взаимосвязи элементов объекта в системе целого, рассмотрение его со всех сторон, в развитии, со всеми свойственны ми ему противоречиями. Конкретное — результат науч ного исследования, отражение объективной действи тельности в системе понятий и категорий, теоретичес ки осмысленное единство многообразного в объекте исследования. Методом теоретического познания объекта как целого является восхождение от абстрак тного к конкретному.

Аналогия. В природе самого понимания фактов лежит аналогия, связывающая нити неизвестного с известным. Новое легче осмысливается и понимается через образы и понятия старого, известного. Аналоги- Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР называется вероятное, правдоподобное заключение в сходстве двух предметов каком-либо признаке на основании установленного их сходства в других при знаках. Заключение оказывается тем более добным, чем больше признаков у сравнивае мых предметов и чем эти признаки существеннее.

Несмотря на то что аналогии дают лишь вероятные они играют огромную роль в познании, так как ведут к образованию гипотез —- научных дога док и предположений, которые в ходе последующего этапа исследований и доказательств могут превратить ся в научные теории. Аналогия с тем, что нам известно, помогает понять то, что неизвестно. Аналогия с про стым помогает понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород животных Ч. Дарвин сформулировал принцип есте ственного отбора в животном и растительном мире.

Аналогия с течением жидкости в трубке сыграла важ ную роль в появлении теории электрического тока.

с механизмом действия мышц, мозга, орга нов чувств животных и человека подтолкнули к изоб ретению многих технических сооружений: экскавато ров, роботов, логических машин и т. д.

Аналогия как метод чаще всего применяется в теории подобия, на которой основано моделирование.

Моделирование. В современной науке и технике все большее распространение получает метод моделиро вания, сущность которого заключается в воспроизве дении свойств объекта познания на специально устро енном его аналоге — модели. Если модель имеет с ори гиналом одинаковую физическую природу, то мы имеем дело с физическим моделированием. Модель может строиться по принципу математического моделирова ния, если она имеет иную природу, но ее функциониро вание описывается системой уравнений, тождественной той, которая описывает изучаемый оригинал.

Моделирование широко применяется потому, что оно позволяет исследовать процессы, характерные для оригинала, в отсутствие самого оригинала и в услови ях, не требующих его наличия. Это часто бывает необ ходимо из-за неудобства исследования самого объекта и по другим соображениям: дороговизна, недоступ трудность доставки, необозримость его и т. п.

Глава 1. Естественнонаучное познание окружающего мира Ценность модели заключается в том, что ее зна чительно легче изготовить, с ней легче осуществить эксперименты, чем с оригиналом, и т.д.

В последнее время активно разрабатываются элек тронные моделирующие устройства, в которых с по мощью электронных процессов воспроизводится по заданной программе реальный процесс. Принцип мо делирования составляет кибернетики. Моде лирование применяется в расчетах траекторий бал листических ракет, в изучении режима работы машин и целых предприятий, в распределении материальных ресурсов и т. д.

Индукция и дедукция. В качестве метода есте ственно-научного исследования индукцию можно оп как процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов.

Обычно различают два основных вида индукции:

полную и неполную. Полная индукция — вывод како го-либо общего суждения о всех объектах некоторого множества на основании рассмотрения каждого объек та данного множества. Сфера применения такой ин дукции ограничена объектами, число которых конеч но. На практике чаще применяется форма индукции, которая предполагает вывод обо всех объектах множе ства на основании познания лишь части объектов. Такие выводы неполной индукции часто носят вероятностный характер. Неполная индукция, основанная на экспери ментальных исследованиях и включающая теоретичес кое обоснование, способна давать достоверное заклю чение. Она называется научной индукцией. По словам известного французского физика Луи де Бройля, ин дукция, поскольку она стремится раздвинуть уже су ществующие границы мысли, является истинным ис точником действительно научного прогресса. Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются в конечном счете индукцией — рискованным, но важным творческим методом.

Дедукция — это процесс аналитического рассуж дения от общего к частному или менее общему. Нача лом (посылками) дедукции являются аксиомы, посту латы или просто гипотезы, имеющие характер общих утверждений, а концом — следствия из посылок, тео рем. Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР следствия. Дедукция — основное средство доказатель ства. Применение дедукции позволяет вывести из оче видных истин знания, которые уже не могут с непос редственной ясностью постигаться нашим умом, одна ко представляются в силу самого способа их получения вполне обоснованными и тем самым достоверными.

Дедукция, проводящаяся по строгим правилам, не мо жет приводить к заблуждениям.

• 2.4. Научное открытие и доказательство Логика открытия. Логический путь научного и технического творчества, связанного с открытием, чаще всего начинается с возникновения догадки, идеи, ги потезы. Выдвинув идею, сформулировав задачу, ученый ищет ее решение, а затем уточняет его путем расчетов, проверки опытом.

Открытие — установление новых, ранее неизве стных закономерностей, свойств и явлений матери ального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. За «спиной» любого открытия скрывается приведший к нему тернистый путь, зачастую стый, противоречивый и всегда поучительный. Бытует убеждение, будто открытие — результат случайности, внезапного озарения мысли, вдохновения, таинствен ной творческой интуиции, подсознательного или даже болезненного состояния психики, способной создавать из обычных впечатлений необычные комбинации, рож дать «сумасшедшие» идеи, способные ломать наши обычные представления.

Пути, ведущие к открытию, действительно при чудливы. На такие пути иногда наводит случай. Так, например, выдающийся датский ученый X. Эрстед (1777— 1851) однажды показывал студентам опыты с электричеством. Рядом с проводником, входящим в элек трическую цепь, оказался компас. Когда цепь замкну лась, магнитная стрелка компаса вдруг отклонилась.

Заметив это, любознательный студент попросил уче ного объяснить данное явление. В результате повтор ных опытов и логических рассуждений ученый сделал великое открытие, заключающееся в установлении СВЯЗИ магнетизмом и электричеством. Это от Глава познание окружающего крытие послужило в свою очередь для изобрете ния электромагнита и других открытий.

Подобных примеров много, но они не могут убе дить нас в том, что открытия вообще — результат чи стого случая. Случаем ведь нужно уметь воспользовать ся. Случай помогает тому, кто упорно работает над осуществлением своей идеи, замысла. Мы видим дом, но не замечаем фундамент, на котором он стоит. Фун дамент любого открытия и изобретения — это общече ловеческий и В деятельности ученого нередки слу чаи, когда творческий акт мысли осознается как гото вый, и самому автору представляется так, как будто его вдруг «осенило». За способностью как бы «внезапно» схватывать суть дела и чувствовать полную уверен ность в правильности идеи, по существу, стоит накоп ленный опыт, приобретенные ранее знания и упорная работа ищущей мысли. При этом каждое новое откры тие или изобретение подготовлено множеством пред шествующих побед и заблуждений.

Открытие как разрешение противоречий. Одна из характерных особенностей творческой работы состоит в разрешении противоречий. Любое научное открытие или изобретение представляет собой создание нового, неизбежно связанного с отрицанием В этом заключается диалектика развития мысли. Творческий процесс вполне логичен. Выстраивается логическая цепь операций, в которой одно звено закономерно сле дует за другим: постановка задачи, предвидение идеаль ного конечного результата, отыскание противоречия, мешающего достижению цели, открытие причины про тиворечия и, наконец, разрешение противоречия.

Например, в кораблестроении для обеспечения мореходных качеств корабля необходим учет противоположных условий: чтобы корабль был устойчив, необходимо делать его шире, а чтобы он был целесообразно делать его длиннее и уже.

Особенно наглядны технические противоречия в са молетостроении: самолет нужно сделать прочным и легким, а требования прочности и легкости противо положны.

История естествознания и техники свидетельству что подавляющее большинство изобретений — ре Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР зультат преодоления противоречий. Искушенный есте ствоиспытатель и опытный изобретатель, как правило, приступая к решению научной или технической про блемы, ясно представляют, в каком направлении идет развитие науки и техники. Открытия зачастую рожда ются в ситуации, когда ученого «загоняют» в тупик парадоксальные, факты, кажущиеся ошиб кой в эксперименте, отклонения от законов. Академик П.Л. Капица (1894— 1984), лауреат Нобелевской премии по физике 1978 г., однажды сказал, что для физика ин тересны не столько сами законы, сколько отклонения от них. И это верно, так как, исследуя отклонения, ученые обычно и открывают новые закономерности. В ситуации обнаруженного парадокса возникает рабочая гипотеза, объясняющая и тем самым устраняющая парадокс. Она проверяется экспериментом.

Сделать открытие — значит правильно устано вить надлежащее место нового факта в системе теории в целом, а не просто обнаружить его. Когда новые факты вступают в противоречие с существую щей теорией, то логика мысли теми или иными путями разрешает это противоречие и при этом всегда в пользу требований новых фактов. Их осмысление ведет к по строению новой теории.

Творческое воображение и интуиция. Творческое воображение позволяет по едва заметным или совсем не заметным для простого глаза деталям, единичным фактам улавливать общий смысл новой конструкции и пути, ведущие ней. Человек, лишенный творческо го воображения и руководящей идеи, в обилии фактов может не увидеть ничего особенного, он к ним привык.

Сила творческого воображения позволяет челове ку взглянуть на примелькавшиеся вещи новыми глаза ми и различить в них черты, доселе никем не замечен ные. Английскому инженеру было поручено построить через реку мост, который отличался бы прочностью и в то же время не был дорог. Как-то, прогуливаясь по саду, инженер заметил паутину, протянутую через дорожку. В ту же минуту ему пришла в голову мысль построить висячий мост на железных цепях.

Существенное значение в воспитании творческо играет искусство. И далеко не случа тот факт, что ряд крупных физиков и математиков Глава познание окружающего мира считают красоту и развитое чувство красоты эвристи ческим принципом науки, существенным атрибутом научной интуиции.

Многие ученые утверждают, что, в частности, му зыка способствует развитию интуиции, т. е. умению видеть и преобразовывать в своем воображении факты так, что в них прослеживается гармония за кономерного. Например, академик Александров (1896—1982) устраивал вечера с прослушиванием классической музыки, и к каждому прослушанному музыкальному произведению он находил своеобраз ное, но интересное словесное, соответствующее ему повествование. Известно, что П. Дирак выдвинул идею о существовании позитрона по соображениям чисто эстетическим.

В процессе научного открытия большую роль иг рает интуиция — способность постижения истины путем прямого ее усмотрения без обоснования с по мощью доказательств.

Процесс творчества, осмысление данных чувствен ного восприятия нередко осуществляется в порядке мгновенного обобщения, своего рода мысленного за мыкания, непосредственно от исходных данных к ре зультату. Происходит быстрая мобилизация прошлого опыта на постижение сути какого-либо факта. Напри мер, опытный врач без рассуждений, по самым пер вым симптомам сразу схватит суть болезни, а потом уже обосновывает правильность своего чутья.

На вершину обостренного интуитивного чувства человек обычно поднимается, опираясь на прочный фундамент жизненного опыта, на крылья вдохновения.

Многие ученые и художники считают, что самыми плодотворными в их творческом процессе являются моменты приливов вдохновения. После каких-то, мо жет быть, очень долгих и мучительных исканий вдруг наступает удивительное чувство творческого порыва и ясности сознания. В этот момент человек работает быстро и сам чувствует, что делает хорошо, именно так, как нужно, как ему хотелось. Понятие интуиции сбли жает научное творчество с художественным.

Открытия никогда не появляются на пустом месте.

возникают в результате заполнения сознания уче гюго напряженными поисками решения каких-либо Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР творческих задач. Пытаясь воссоздать психологичес кий и логический путь, которым ученый идет к откры тию, мы сталкиваемся с его удивительной способнос тью взглянуть на вещи как бы в первый раз, без груза привычных представлений.

Однажды, идя по улице в сильный дождь, Н.Е. Жу ковский (1847—1921), погруженный в размышления, остановился перед ручьем, через который ему нужно было перешагнуть. Вдруг его взгляд упал на кирпич, лежавший посреди потока воды. Ученый стал внима тельно всматриваться в то, как под напором воды изме нилось положение кирпича, а вместе с этим изменился и характер огибающей кирпич струи воды... На лице ученого вспыхнула радость открытия: вот оно, искомое решение гидродинамической задачи! Многие люди сот ни раз видели кирпич, лежащий в ручье, и проходили мимо непримечательного для них И только глаз ученого с острой наблюдательностью и силой творчес кого воображения смог увидеть в этом факте важные черты и открыть закономерность явления.

К достижениям всего нового ведут острая наблю дательность, кропотливое изучение фактов и сила твор ческого воображения. В процессе научного исследова ния — экспериментального или теоретического — уче ный ищет нужное решение проблемы, ведет поиск.

Поиск можно вести ощупью, наугад, но можно и целе направленно. Во всяком творении есть направляющая идея, играющая огромную роль. Это своего рода руко водящая сила, без нее ученый неизбежно обрекает себя на блуждание в потемках. Наблюдения, эксперимент, проводимые наобум, без ясно осознанной общей идеи, не могут привести к эффективному результату. «Без идеи в голове,— говорил Павлов,— вообще не увидишь факта».

Ученый не может знать всех фактов: им нет числа.

Значит, из множества фактов должен быть сделан ра зумный выбор вполне определенных фактов — тех, которые необходимы для понимания сути проблемы.

Чтобы не пренебречь какими-либо существенными фактами, нужно заранее знать или интуитивно чувство вать, чего они стоят. Результаты интуитивного пости жения нуждаются в логическом доказательстве своей Глава Естественно-научное познание окружающею мира Доказательство. Характерная форма научного мышления — доказательство. Доказательством назы вается установление (обоснование) истинности выс казывания, суждения, теории. Оно производится по правилам логики. Истинность или ложность того или иного утверждения, как правило, не обладает прозрач ной очевидностью. Только простейшие суждения нуж даются для подтверждения своей истинности лишь в применении чувственного восприятия. Подавляющее большинство утверждений принимается за истинные не на уровне чувственного познания и не отдельно от всех других истин, а на уровне логического мышления, в связи с другими истинами, т. е. доказательства.

Во всяком доказательстве имеются: тезис, основа ния доказательства (аргументы) и способ доказатель ства. Тезисом называется положение, истинность или ложность которого выясняется посредством доказа тельства. Доказательство, посредством которого выясняется ложность, называется опровержением.

Все положения, на которые опирается доказатель ство и из которых необходимо следует истинность доказываемого тезиса, называются основаниями или аргументами. Основания состоят из положений о достоверных определений, аксиом и ранее доказанных положений.

Аксиомы — положения, не доказываемые в данной науке и играющие в ней роль допускаемых оснований доказываемых истин.

Связь оснований и выводов из них, приводящая к необходимому признанию истинности доказываемого тезиса, называется способом доказательства. Дока зательство одного и того же положения науки может быть различным. Связь оснований, ведущая к истин ности тезиса, не единственная. Так как она не дана вместе с самими основаниями, а должна быть установлена, следовательно, доказательство оретическая задача. В ряде случаев задача доказатель ства оказывается настолько сложной, что решение се требует от ученых огромных усилий на протяжении це лых десятилетий или даже столетий. В течение почти двух с половиной тысячелетий оставалось недоказан ным существование атома, пока успехи новой экспе риментальной и физики не принесли наконец это доказательство. Гениальная догадка Джор Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МНР дано Бруно (1548— о планет, об ращающихся вокруг других звезд, получила доказатель ное подтверждение только в последние десятилетия.

От примитивных способов опира ющихся на неточные, приблизительные представления, до современных доказательств, основанных на досто верных фактах, точно определяемых понятиях, на сво бодных от противоречий и достаточных в своем числе аксиомах, а также на уже строго доказанных ранее положениях, практика доказательства прошла большой путь совершенствования, подняв умственную культу ру на уровень современной науки.

• Эксперимент - основа естествознания Практическая направленность эксперимента.

Эксперимент является фундаментальной базой есте ствознания, наиболее эффективным и действенным средством познания. Для современного эксперимента характерны три основные особенности:

возрастание роли теории при подготовке к экспе рименту (все чаще эксперименту предшествует те оретическая работа большой группы ученых);

• сложность технических средств эксперимента, со стоящих из многофункциональной электронной ап паратуры, прецизионных механических устройств, высокочувствительных приборов и т. п.;

• масштабность эксперимента (некоторые экспери ментальные объекты представляют собой сложней шие сооружения крупных масштабов, строитель ство и эксплуатация которых требуют больших финансовых затрат).

Любой эксперимент базируется на взаимодействии субъекта с исследуемым объектом и часто включает операции наблюдения, приводящие не только к каче ственным, описательным, но и к количественным ре зультатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент — раз новидность практического действия, предпринимае мого с целью получения знания. В процессе экспери ментального исследования в контролируемых и управ 108 ляемых условиях изучаются многообразные явления и свойства объектов природы. Основная задача экспе римента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих и прикладное зна чение. Являясь критерием естественно-научной исти ны, эксперимент представляет собой основу го познания окружающего мира.

Хотя наблюдение относятся к эм пирическим формам естественно-научного между ними есть существенное различие: экспери мент — преобразующая внешний мир деятельность человека, а наблюдению свойственны черты созерца тельности и чувственного восприятия исследуемого объекта. В работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и явля ются предметом изучения в естественных либо специ ально созданных условиях.

В процессе естественно-научного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию иссле дуемого объекта и создают для него различные управ ляемые условия. Для этого наряду с моделирующим объектом изготавливаются специальные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ло вушки, ускорители т. п.,— обеспечивающие сверхниз кие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирова ние — единственно возможное средство для экспери мента.

Многие экспериментальные исследования направ лены не только на достижение естественно-научной истины, но и на отработку технологий производства новых видов разнообразной продукции, что еще раз подчеркивает практическую направленность экспери мента как непосредственного способа отработки и совершенствования любого технологического цикла.

Экспериментальные средства по своему содержа нию не однородны, их можно разделить на три основ ные, функционально отличающиеся системы:

• систему, содержащую исследуемый объект с задан ными свойствами;

• систему, обеспечивающую воздействие на иссле дуемый предмет;

• сложную приборную измерительную систему.

Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР В зависимости от поставленной задачи такие систе мы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при исследовании свойств вещества, не встре чающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, все системы экспериментальных средств одинаково важны.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем ост рее проблема повышения достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения этой проблемы:

• многократное повторение операций измерений;

• совершенствование технических систем и прибо ров, повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;

• более строгий учет основных и неосновных факто ров, влияющих на исследуемый объект;

• предварительное планирование эксперимента, по зволяющее наиболее полно учесть специфику ис следуемого объекта и возможности приборного обеспечения.

Чем тщательнее предварительно проанализирова ны все особенности исследуемого объекта и управля емые условия, чем чувствительнее и точнее приборы, тем достовернее экспериментальные ре зультаты.

В любом естественно-научном эксперименте мож но выделить три основных этапа:

• подготовительный;

• сбор экспериментальных данных;

• обработка результатов эксперимента и их анализ.

Подготовительный этап обычно сводится к теоре тическому обоснованию эксперимента, его планирова нию, изготовлению образца или модели исследуемого объекта, конструированию и созданию технической включающей приборное обеспечение. Результа ты, полученные на хорошо подготовленной эксперимен тальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов экспе римента позволяет оценить тот или иной параметр 110 исследуемого объекта и сопоставить его с известным Глава Естественно-научное познание окружающего мира теоретическим либо экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степе ни достоверности окончательных результатов.

Обработка экспериментальных результатов. Пос ле сбора первых экспериментальных данных процеду ра эксперимента продолжается. Во-первых, как пра вило, единичные результаты нельзя считать оконча тельным решением поставленной задачи. Во-вторых, такие результаты нуждаются в логической доработке, превращающей их в научный факт, в истинности кото рого не возникает сомнений. Отдельные эксперимен тальные данные, полученные на начальной стадии исследования, могут содержать ошибки, связанные с некорректной постановкой эксперимента, неправиль ными показаниями измерительных приборов, отклоне ниями в функционировании органов чувств и т. д.

Поэтому, как правило, проводится не один экспери мент, а серия экспериментов, в которых и проверяются результаты измерений, собираются не достающие сведения, проводится их предварительный анализ. Затем полученные экспериментальные данные обрабатываются в рамках теории ошибок, позволяющей количественно оценить досто верность окончательных результатов. Сколь точными ни были бы наблюдения и измерения, погрешности и задача естествоиспытателя заключается в том, чтобы приблизить экспериментальные данные к объективным значениям определяемых величин, т. о.

уменьшить интервал неточности.

Современная статистическая теория ошибок воо ружает экспериментаторов надежными средствами корректировки экспериментальных данных. Статисти ческая обработка — не только эффективное средство уточнения экспериментальных данных, отсеивания случайных ошибок, но и первый шаг обобщения их в процессе формирования научного факта. Разумеется, статистическая обработка — необходимая, но не дос таточная операция при переходе от эмпирических данных к естественно-научному факту.

После уточнения экспериментальных результатов начинается их сравнение и обобщение, которые еще не означают окончательного установления научного Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ Н СОВРЕМЕННЫЙ МИР факта. Вновь зафиксированное явление или свойство объекта становится научным фактом только после его интерпретации. Таким образом, научный факт, полу ченный в эксперименте, представляет собой результат обобщения совокупности выводов, основанных на на блюдениях и измерениях характеристик исследуемого объекта при предсказании их в виде гипотезы.

• 2.6. Современные средства исследований Специфика современных экспериментальных и теоретических исследований. На всех этапах экспе римента естествоиспытатель руководствуется в той или иной форме теоретическими знаниями. В последнем столетии в силу ряда объективных причин основной профессиональной деятельностью некоторых ученых стала исключительно теоретическая работа. Одним из первых ученых, который не проводил никаких экспе риментов, был немецкий физик М. Планк.

Произошло, таким образом, деление естествоиспы тателей на профессиональных теоретиков и экспери ментаторов. Во многих отраслях естествознания возник ли экспериментальные и направления и в соответствии с ними появились специализирован ные лаборатории. Созданы научные подразделения и даже институты теоретического профиля, например Институт теоретической физики. Такой процесс акти визировался во второй половине XX в. В прежние вре мена не только Ньютон и Гюйгенс, но и такие выдаю щиеся теоретики, как Максвелл, обычно сами экспе риментально проверяли свои теоретические выводы и утверждения. В последние же десятилетия только в исключительных случаях теоретик проводит экспери ментальную работу, чтобы подтвердить свои теорети ческие Одна из объективных причин профессиональной обособленности экспериментаторов и теоретиков зак лючается в том, что современные технические сред ства эксперимента довольно сложны. Эксперименталь работа требует концентрации больших усилий — 112 она не под силу одному ученому и выполняется в боль Глава Естественно-научное познание окружающего мира случаев целым коллективом научных ников. Например, в проведении эксперимента с при менением ускорителя, и т. п. принимает уча стие относительно большая группа В подобных случаях даже при большом желании тео ретик не в состоянии проверить на практике свои о в 60-е годы XX в., когда практически все от расли естествознания находились на подъеме, акаде мик Капица с тревогой говорил о разрыве теорией и экспериментом, между теорией и практи кой, отмечая отрыв теоретической науки от жизни, с одной стороны, а с другой — недостаточно высокое качество работ, что нарушает ес тественное гармоническое развитие естествознания, возможное только при условии, что опирается на современную экспериментальную базу, включаю щую всевозможное оборудование, большой набор вы сокочувствительных приборов, специальных материа лов и т. п. Темпы развития естествознания определя ются в основном степенью совершенства такой базы.

Отрыв теории от эксперимента, практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и, сле довательно, науке в целом. Он характерен не только для естествознания, но и для философии, связанной с проблемами естествознания. Ярким примером может служить отношение некоторых «философов» к кибер нетике в конце 40-х — начале 50-х годов в., когда в отечественных философских словарях кибернетика называлась реакционной лженаукой. Если бы ученые руководствовались таким определением, то, вряд ли стало возможным освоение космоса и создание совре менных наукоемких технологий, поскольку все слож ные многофункциональные процессы, вне зависимос ти от их области применения, управляются кибернети ческими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспытателей, вне сших большой вклад в развитие современного есте ствознания, несомненно проходила в тесной взаимо связи теории и эксперимента. Поэтому для развития естествознания на здоровой почве всякое теоретичес кое обобщение должно проверяться экс Только гармоничное развитие экспери 8 С. X. — КСЕ Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР мента и теории способно поднять на качественно но вый уровень все отрасли естествознания.

Современные методы и технические средства экс перимента. Экспериментальные методы и технические средства современных естественно-научных исследова ний достигли высокой степени совершенства. Многие из них основаны на физических принципах. Однако их практическое применение выходит далеко за рамки физики: они широко применяются в химии, биологии и смежных естественно-научных отраслях. С по явлением лазерной техники, компьютеров, спектромет ров открылась возможность экспериментального иссле дования неизвестных ранее явлений природы, свойств материальных объектов, быстропротекающих физичес ких, и биологических процессов.

Лазерная техника. Для экспериментального изу чения многих процессов весьма важны три направления развития лазерной техники:

• разработка лазеров с перестраиваемой длиной вол ны излучения;

• создание ультрафиолетовых лазеров;

• сокращение длительности импульса лазерного из лучения до аттосекунд (1 ас = с).

шире спектр излучения лазера, тем он ценнее.

Современные лазеры с перестраиваемой длиной вол ны охватывают спектр — от ближней ультрафиолето вой области до инфракрасной, включая видимый диа пазон. Разработаны лазеры, длина волны излучения которых составляет менее 300 т. е. соответствует ультрафиолетовой области. К ним относится, например, криптон-фторидный лазер.

Минимальная длительность импульсов современ ных лазеров равна фемтосекундам (1 фс = Раз рабатываются лазеры с длительностью импульсов из лучения, приближающейся к Такие ла зеры, несомненно, позволят расшифровать механизм физических, химических и биологических процессов, протекающих с чрезвычайно высокой скоростью.

Сравнительно недавно — в конце 80-х годов XX в.— сотрудник Калифорнийского технологического институ та, американец египетского происхождения Ахмед Зи вэйл исследовал сверхбыструю реакцию распада моле 114 кул цианида иода, инициируемую импульсами лазерно Глава Естественнонаучное познание окружающего мира го излучения длительности.

работу он удостоен Нобелевской премии по химии 1999 г.

Трудно перечислить все области применения ла зеров для многообразных процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохи мии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективного использова ния солнечной энергии;

в химической кинетике при анализе различных процессов длительностью — с с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония;

ла зерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха;

в биологии они позволяют исследовать живые организмы на клеточном уровне и т. д.

Возможности естественно-научных исследований расширяют лазеры на свободных электронах. Принцип их действия основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в периодически изменяющемся магнитном поле в на правлении движения электронов возникает излучение света. Для них характерна важная отличительная осо бенность — перестройка длины волны при большой мощности в широком диапазоне излучения.

источники излучения. Синхрот роны применяются не только в физике высоких энер гий для исследования механизма взаимодействия эле ментарных частиц, но и для генерации мощного син хротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентге новской областях спектра. С помощью го излучения можно исследовать структуру твердого тела, определить расстояние между атомами, изучить строение молекул органических соединений и т. п.

Методы расшифровки сложных структур. Для идентификации, анализа и синтеза сложных химичес ких соединений необходимо определить состав и струк туру их молекул. Современные экспериментальные методы ядерного магнитного резонанса, оптической спектроскопии, масс-спектроскопии, рентгеноструктур ного анализа, нейтронографии и т. п. позволяют иссле довать состав и структуру необычайно сложных моле кул органических и неорганических веществ.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) осно ван на анализе магнитного момента Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР атомных ядер с внешним полем. Он приме няется в разных отраслях естествознания и, в особенно сти, в химии синтеза, полимеров и т. п. С помощью мето да ЯМР можно определить, например, структуру сегмен тов ДНК. Основанный на ЯМР современный томограф позволяет наблюдать картину распределения химичес ких неоднородностей таких крупных объектов, как орга низм человека, что весьма важно при диагностике ряда заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей.

Оптическая спектроскопия обеспечивает анализ спектра излучения вещества в различных агрегатных состояниях. Спектральный анализ •— это физический метод и определения состава вещества по его оптическому спектру излучения.

В качественном спектральном анализе для интерпрета ции спектра используются таблицы и атласы, составлен ные для различных химических элементов и соединений.

Состав исследуемого вещества при количественном спек тральном анализе оценивается по относительной или абсолютной интенсивности линий или полос спектра.

С применением лазерного источника излучения и пер сонального компьютера возможности оптического спек трометра значительно такой спектрометр способен обнаружить отдельную или атом любого вещества. спектроскопический метод позволяет регистрировать, например, загрязнение воз духа на расстоянии около двух километров.

Масс-спектроскопия основана на превращении исследуемого вещества в ионизированный газ, которого ускоряются электрическим полем. Масса частиц определяется по радиусу кривизны их траекто рии и времени пролета. Масс-спектрометрия отлича ется высокой чувствительностью. С ее помощью мож но обнаружить, например, три атома изотопа среди Они широко применяются для исследо вания структуры химических соединений, определения изотопного состава и строения молекул в разных обла стях: в производстве интегральных схем, металлургии, нефтяной, фармацевтической, атомной промышленно сти и т. п. Для идентификации методом масс-спектро достаточно всего г вещества. Так, в плазме крови масс-спектрометр регистрирует активное веще 116 ство марихуаны с концентрацией 0,1 мг на килограмм Глава Естественнонаучное познание окружающего мира массы тела человека. В сочетании с газовым хроматог возможности масс-спектроскопии существенно расширились.

анализ, основанный на дифрак ции рентгеновских лучей, позволяет определить довольно сложные молекулярные структуры неорганических и орга нических веществ, что способствует синтезу, например, искусственных ферментов, гормонов роста и т. д.

Нейтронография обладает очень высокой разре шающей способностью. Она основана на дифракции пучка нейтронов, формирующихся в ядерных установ ках, что несколько ограничивает ее применение. От личительная особенность нейтронографии — высокая точность определения расстояния между атомами. Она применяется при определении структуры молекул сверхпроводников, живых организмов и т. п.

• 2.7. Важнейшие достижения современного естествознания В последние десятилетия благодаря развитию тех нических средств эксперимента достигнуты значитель ные успехи в естествознании. Невозможно перечис лить все естественно-научные достижения, но можно назвать важнейшие из них: высокотемпературная сверхпроводимость, химические лазеры, молекулярные пучки, атомный лазер, нанотехнология, расшифровка генома и т. п.,— большинство которых отме чено Нобелевскими премиями.

Высокотемпературная сверхпроводимость. В г.

нидерландский ученый X. Камерлинг-Оннес (1853 — 1926), исследуя электрическое сопротивление металлов, обнаружил, что при охлаждении ртути до температуры жидкого гелия (4,2 К) ее электрическое сопротивление скачком уменьшается до нуля, т. е. ртугь переходит в сверхпроводящее состояние. С течением времени по мере синтеза новых материалов температура перехода в сверхпроводящее состояние (критическая температу ра) неуклонно повышалась: в г. она достигла около К, а в 1973 г.— примерно 23 К.

С 1986 г. начинается этап сверхпроводимости, положивший начало высокотемпе Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР ратурной сверхпроводимости, т. е. сверхпроводимости при относительно высокой температуре. Для четырех компонентного керамического вещества на основе оксидов меди была достигнута критическая темпера тура 37 К. Затем последовательно через сравнительно короткие промежутки времени она увеличилась до 40, 52, 70, 92 и даже выше 100 К. В 1993 г. обнаружены сверхпроводящие свойства ртутьсодержащего метал лооксидного вещества при температуре около 170 К, которая достигается при охлаждении не только жид ким азотом, но и более дешевым — жидким ксеноном.

Совсем недавно, в мае 2000 г. сообщалось, что даже такой широко распространенный материал, как алю миний, способен приобретать сверхпроводящие свой ства, однако не при охлаждении, а при нагревании.

Применение сверхпроводников позволит суще ственно сократить рассеяние энергии в различного рода электрических цепях, и особенно при электропе редаче, потери в которой в настоящее время составля ют около 20%.

Химические лазеры. Сравнительно недавно уста новлено, что в результате реакции атомарного водоро да с молекулярным хлором образуется хлороводород и атомарный хлор. При этом излучается инфракрасный свет. Анализ спектра излучения показал, что суще ственная часть энергии (около 40%) обусловливается колебательным движением молекул хлороводорода.

Исследования такого излучения привели к созданию первого химического лазера — устройства, преобра зующего энергию реакции водорода с хлором в когерент ное излучение. Химические лазеры отличаются от обыч ных тем, что превращают в когерентное излучение не энергию электрического источника, а энергию хими ческой реакции. Созданы десятки химических лазеров, в том числе и достаточно мощные для инициирования термоядерного синтеза лазер) и для военных целей лазер). Мощные химичес кие лазеры позволяют разрабатывать специализиро ванные технологические системы. Благодаря энерге тической автономии и большой удельной энергии хи мические лазеры найдут применение при новых технологий в космосе.

Атомный лазер. Одним из важнейших последних 118 достижений естествознания является создание в 1997 г.

Глава 2. Естественно-научное познание окружающего мирз атомного лазера, способного излучать не свет, а пучок атомов. Пучок атомов обладает необычным свойством — когерентностью, присущей волнам, т. е. он похож на лазерное излучение.

На первой стадии формирования когерентного атомного пучка производился захват атомов натрия магнитной ловушкой. Захваченные атомы подвергались охлаждению, при котором эквивалентные им длины волн температура приближается к абсолютному нулю, длины волн становятся настолько большими, что они начинают перекрываться и вся груп па атомов представляет собой единое целое. Такой кон денсат атомов, подчиняющийся статике Бозе — Эйнштей на, был получен в 1995 г. в Американском националь ном институте стандартов и технологии университета штата Колорадо. При этом применялся метод лазерного охлаждения и удержания атомов, за разработку которо го американские ученые Стивен Чу и Уильям Филипп, а также французский физик Клод Коэн-Таннуджи удо стоены Нобелевской премии 1997 г. в области физики.

Следует отметить, что идея лазерного охлаждения ато мов и принципиальная схема экспериментальной уста новки для его осуществления были предложены в Ин ституте спектроскопии Российской академии наук груп пой ученых под руководством В. Летохова, результаты исследований которых опубликованы еще в 1986 г.

В сложной лазерной ловушке, основанной на ком бинации нескольких эффектов, удалось охладить атомы гелия до 0,0002 К. С применением сильного охлажде ния можно удерживать антиматерию, изучать взаимо действие атомов, производить сверхточные спектраль ные измерения, исследовать на молекулярном уровне свойства молекул ДНК и т. п. Полученный в лазерных ловушках конденсат является рабочей средой для атом ного лазера, открывающего новое весьма перспектив ное направление в современном естествознании.

Молекулярные пучки. Молекулярный пучок пред ставляет собой струю молекул при испарении вещества в специальной печи пропускании его через узкое сопло, формирующее пучок в камере со сверхвысоким вакуумом, исключающим межмолекулярные столкновения. При на правлении молекулярного пучка на реагент — соедине ние, вступающее в реакцию,— при сравнительно низ ком давлении возрастает вероятность участия Часть I. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР молекулы только в одном приво дящем к реакции. проведения такого сложного экс перимента требуется камера со сверхвысоким вакуумом, источник молекулярных пучков, масс-спектрометр и электронные определители време ни свободного молекул. С помощью молекуляр ных пучков удалось определить, например, ключевые реакции при горении этилена.

Технология атомных размеров. Современная на основана на технологии с атомным разрешением, включающей молекулярную нанолитографию и микроскопию. Молекуляр ная эпатаксия позволяет получить моноатомные слои вещества, толщина которых сравнима с размером ато ма. Разрешение электронно-лучевой нанолитографии достигает 1 — 10 нм. Методы современной микроскопии обеспечивают наблюдение с атомным Атомные зонды, кроме того, можно ис пользовать для перемещения атомов, локаль ного окисления и травления, а также для исследова ния свойств атомных частиц. Все это вместе взятое составляет техническую базу для создания современ ных наноэлектронных устройств.

Геном человека. Летом 2000 г. средства массовой информации сообщали: американские ученые успешно завершили подготовку полного текста генома человека, т. е. всей совокупности его генов, состоящей примерно из 3 млрд «букв» — пар нуклеотидов. К настоящему времени составлен черновой вариант «текста», в кото ром не исключены ошибки и некоторые свободные места. Такая огромная работа завершена в 2000 г., через 100 лет после открытия Г. Менделем 1884) фун даментальных законов наследственности. В 2003 г. опуб ликован окончательный текст генома человека, допус кающий не более одной ошибки на 10 тыс. пар нуклео тидов. Этот год также юбилейный — 50-летие открытия Уотсоном и Криком двойной спирали ДНК.

Текст генома человека составляется очень быстры ми темпами. В нем принимают участие многие ученые государственных и частных фирм разных стран. Напри мер, только одна американская фирма «Celera», рас шифровывает не менее 10 млн нуклеотидных пар в сут ки. Информация о геноме человека открыта и доступна ученых всего мира. По международному соглаше нию в данной работе нет приоритета конкретных авто Глава Естественнонаучное познание окружающего мира ров — результаты принадлежат всему Это — уникальный пример сотрудничества ученых для достижения действительно эпохальной цели, Расшифровка ДНК, создание генетической карты человека — первая задача работающих по про екту генома человека. Вторая — разбить такую карту на отдельные характерные группы. И наконец, функцио нальный анализ генома — третья весьма важная задача.

Нужно определить, например, как работают те или иные гены в клетках организма в разные периоды жизни.

Наиболее важный практический результат иссле дований генома человека — это молекулярная медици на, т. е. генная диагностика болезней, их профилакти ка и Предполагается, что новые лекар ственные препараты будут действовать на генные и белковые мишени, что будет способствовать повыше нию их эффективности.

Каждый человек обладает уникальным геномом:

мы отличаемся друг от друга приблизительно одной позицией нуклеотидов из тысячи. Изучение генного разнообразия может дать ключ к пониманию уникаль ности личности, роли наследственности в интеллекту альных способностях и чертах характера. В обозримом будущем станет возможным создание генетического паспорта каждого человека.

Контрольные вопросы • В чем заключается сущность метода научного познания Декарта?

• Как определяется достоверность научных знаний ?

• Что составляет основу научной теории ?

• Какова роль эксперимента и опыта в постижении есте ственно-научной ?

• Чем обусловливается неточность экспериментальных ре зультатов ?

• Назовите основные положения теории естественно-науч ного познания.

• Охарактеризуйте три стадии естественно-научного по знания истины.

• Что означает относительность естественно-научных знаний?

• В чем заключается единство эмпирического и теорети ческого знаний?

• Какова роль ощущений и представлений в процессе по знания?

Часть ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ МИР Как устанавливается научный факт?

Что такое эксперимент? Чем отличается эксперимент от наблюдения?

Каковы особенности современных технических средств эксперимента ?

Назовите основные формы мышления.

чем основывается научное предвидение?

В чем заключается методология естествознания?

Дайте краткую характеристику методов и приемов есте ственно-научных исследований.

Что такое научное открытие?

Какова роль творческого воображения в научном поиске?

Как строится научное доказательство?

Назовите основные аргументы, определяющие практи ческую направленность Из каких этапов состоит эксперимент?

Как повышается точность экспериментальных измере ний?

Какие операции включает обработка экспериментальных результатов?

В чем заключается специфика современных эксперимен тальных и теоретических исследований?

Назовите причины оторванности теории от эксперимента.

В каких трех направлениях, важных для эксперимента, развивается лазерная техника?

чего применяется синхротронное излучение?

Какие процессы и свойства исследуются методом ядерно го магнитного резонанса?

Дайте краткую характеристику возможностей оптичес кой и масс-спектроскопии.

Что можно определить методами анализа и нейтронографии ?

В каких материалах и когда обнаружена высокотемпера турная сверхпроводимость?

В чем специфика и преимущества химического лазера?

Каковы особенности атомного лазера?

Для чего применяются молекулярные пучки?

На чем основана технология атомных размеров?

Каковы результаты и перспективы генома человека?

Назовите важнейшие последние достижения современно го естествознания.

Часть II ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Изучать что-либо и не задумываться над выученным — абсолютно бесполезно.

Задумываться над чем-либо, не изучив предмет раздумий,— опасно.

Конфуций Глава ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ • 3.1. Физика - фундаментальная отрасль естествознания Физика — основа естественно-научного познания.

Огромное ветвистое древо естествознания медленно произрастало из натурфилософии — философии при роды, представляющей собой умозрительное истолко вание природных явлений и процессов. Натурфилосо фия зарождалась в VI — ДО Н. Э. В Древней Греции в ионийской школе и была, по существу, первой исто рической философии, которая носила стихийно материалистический характер (ил. 3.1)*. Ее основополож ники, крупные древности — Фалес, Анакси мандр, Анаксимен, Гераклит Диоген Аполлонийский и др.,— руководствовались идеями о единстве сущего, происхождении всех вещей из некото рого первоначала (воды, воздуха, огня) и о оду шевленности материи. Интерес к природе как объекту познания вызвал новый расцвет натурфилософии в эпо ху Возрождения, который связан с трудами известных мыслителей — Дж. Бруно, Б. Телезио, Т. Кампанеллы и др. Позднее натурфилософские взгляды, основанные на объективно-идеалистической диалектике природы как живого организма, развивались немецким философом Ф. Шеллингом (1775—1854) и его последователями.

Наряду с умозрительными и в определенной сте пени фантастическими представлениями натурфило софия содержала глубокие идеи диалектической трак товки природных явлений. Поступательное развитие экспериментального естествознания привело к ' Здесь и далее см. цветную вклейку.

Часть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ пенному перерастанию натурфилософии в естествен но-научные знания. Таким образом, в недрах натурфи лософии зарождалась физика — наука о природе, изу чающая простейшие вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Физика составляет основу естествознания. В соответствии с многообрази ем исследуемых форм материи и ее движения она под разделяется на физику элементарных частиц, ядерную физику, физику плазмы д. На ее стыке с другими естественными науками возникли биофизика, астрофи зика, геофизика, физическая химия и др.

Слово «физика» появилось еще в древние времена и в с греческого означает «природа». Натур философское сочинение философа Аристотеля (384 до н. э.), ученика Платона, так и называется «Физика». Аристотель писал: «Наука о природе изучает преимущественно тела и величины, свойства и виды движений, а кроме того, начала такого рода бытия».

«Высшая задача физики состоит в открытии наи более общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира»,— считал Эйнштейн. Одна из главных задач физики — выявле ние самого простого и самого общего в природе. Под самым простым обычно понимают первичные объек ты: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и т. п., а под самым общим — движение, пространство и время, энергию и т. д. Физика изучает разнообраз ные явления и объекты природы, и при этом сложное сводится к простому, конкретное — к общему. Так ус танавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях и в околоземном пространстве, но и во всей Вселен ной. В этом заключается один из существенных при знаков физики как фундаментальной науки. Физика занимает особое место среди естественных наук, и ее принято считать лидером естествознания.

К настоящему времени известно множество ес тественных наук, отражающих различные свойства объектов природы. Их классификация и иерархия все гда интересовали ученых. Одну из первых классифи каций провел в начале в. выдающийся французс кий физик Андре Ампер — Уже тогда общее число естественных наук составляло более 200. Есте Глава 3. Фундаментальные принципы и законы ственно-научные знания он представил в виде единой системы, состоящей из различных по характеру зако нов, принципов, идей и экспериментальных сведений.

В такой системе физика располагалась на первом уров не как наука наиболее фундаментальная, химия — на втором, как бы основывающаяся на физике и т. д.

в середине XIX в.,— изучая историю развития естествознания, немецкий химик Ф.

(1829— 1896) предложил свою естественных наук в форме последовательных механика, физика, химия, биология. В ней рассматри вались молекулярная физика и термодинамика как механика молекул, химия — как атомов, а био логия — как химия белков или белковых систем.

Вопросы иерархии, классификации и взаимосвязи естественных наук обсуждаются и по сей день. При этом рассматриваются разные точки зрения. Напри мер, одна из них — все химические явления, строение вещества и его превращение можно объяснить на ос новании физических знаний — ничего специфическо го в химии нет. Другая точка зрения — каждый вид материи и каждая форма материальной организации (физическая, химическая, биологическая) настолько специфичны и обособлены, что между ними нет пря мых связей. Конечно, такие полярные точки зрения далеки от истины. Вполне очевидно одно — несмотря на то, что физика — фундаментальная отрасль есте ствознания, каждая из естественных наук при одной и той же общей задаче изучения природы имеет свой объект исследования и базируется на своих законах, не сводимых к законам других отраслей науки. В то же время сочетание всесторонних знаний, накопленных в течение длительного времени в разных отраслях есте ствознания, способствует дальнейшему его развитию.

Возвращаясь к мысли, изложенной в начале этого параграфа, можно сказать: натурфилософия породила физику. Однако так же определенно можно утверждать и другое: выросла из потребностей техники (например, развитие механики у древних греков было вызвано запросами и военной техники того времени). Техника, в свою очередь, определяет направление физических исследований (так, задача создания наиболее экономичных тепловых двигателей стимулировала бурное развитие термодинамики). С дру Часть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ гой стороны, от развития физики зависит технический уровень производства. Физика — основная база для со здания наукоемких технологий и новых технических средств Физика тесно связана и с философией. Такие круп ные открытия в области физики, как закон сохранения и превращения второе начало термодинами ки, соотношение неопределенностей и другие, явля лись и являются ареной острой борьбы между сторон никами разных философских течений. Научные откры тия служат реальной почвой для философских идей. Изучение открытий и их философское, концеп туальное обобщение играют большую роль в формиро вании естественно-научного мировоззрения.

Основные этапы развития физики. Всю историю развития физики можно условно разделить на три основных этапа:

• доклассичсской физики;

• классической физики;

• современной физики.

Первый этап развития физики — этап докласси ческой физики — иногда называют донаучным. Одна ко такое название нельзя считать обоснованным: фун даментальные зерна физики и естествознания в были посеяны еще в глубокой древности. Этот этап — самый длительный: он охватывает период от времени Аристотеля (IV в. до н. э.) до конца XVI в.

Начало второго этапа — этапа классической фи зики — связывают с работами итальянского ученого Га лилео Галилея, одного из основателей точного естествоз нания, и трудами английского математика, механика, астронома и физика Исаака Ньютона, основоположни ка классической физики. Второй этап длился около трех веков до конца XIX в.

К началу XX в. были получены эксперименталь ные результаты, труднообъяснимые в рамках класси ческих знаний. Поэтому предложен совершенно новый подход — квантовый, основанный на дискрет ной концепции. Квантовую гипотезу ввел в 1900 г. немецкий физик Макс Планк, вошедший в историю развития физики как один из основополож ников квантовой теории. С введением квантовой кон Глава 3. Фундаментальные принципы и законы цепции начинается третий этап развития физики — этап современной физики, включающий не только квантовые, но и классические представления.

Этап физики открывает геоцент рическая система мировых сфер Аристотеля, которая родилась на подготовленной его предшественниками идейной почве. от эгоцентризма — отношения к миру, сосредоточенностью на своем индивидуальном «я», к геоцентризму — первый и, пожалуй, самый трудный шаг на пуги зарождения естествознания. Непосредственно видимая полусфера неба, ограниченная местным горизонтом, дополнялась аналогичной невидимой полусферой до полной небес ной сферы. Мир стал более завершенным, но оставал ся ограниченным небесной сферой. Соответственно, и сама Земля, противопоставленная остальной (небесной) сферической Вселенной как постоянно занимающая в ней особое, центральное положение PI абсолютно не подвижная, стала считаться сферической. Пришлось признать не только возможность существования анти подов — обитателей диаметрально противоположных частей земного шара, но и принципиальную равно правность всех земных обитателей мира. Такие пред ставления, носившие в основном умозрительный харак тер, подтвердились гораздо позднее — в эпоху первых кругосветных путешествий и великих географических открытий на рубеже XV и XVI вв., когда само геоцен трическое учение Аристотеля с канонической систе мой идеальных равномерно вращающихся небесных сфер, сочлененных друг с другом своими осями вра щения, с принципиально различной физикой или меха никой для земных и небесных тел, доживало свои пос ледние Почти полторы тысячи лет отделяет завершенную геоцентрическую систему древнегреческого астроно ма Клавдия Птолемея (ок. 90— 160) от достаточно со вершенной гелиоцентрической системы польского ма тематика и астронома Николая Коперника (рис. 3.1).

центре гелиоцентрической системы находится не Земля, а Солнце. Вершина гелиоцентрической систе мы — законы движения планет, открытые немецким астрономом Иоганом Кеплером, одним из творцов тествознания Нового времени.

9 С. X. — КСЕ Насть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 3.1. Система мира по Копернику (в центре Солнце) Астрономические открытия Галилео Галилея, его физические эксперименты, и фундаментальные зако ны механики, сформулированные Исааком Ньютоном, положили начало этапу классической физики, кото рый отделить четкой границей от первого эта па. физики и естествознания в целом характерно поступательное развитие: законы Кеплера — венец ге лиоцентрической системы с весьма длительной, начав шейся еще в древние времена историей;

законам Нью тона предшествовали законы Кеплера и труды Гали лея;

Кеплер открыл законы движения планет в итоге логически и исторически естественного от геоцентризма к гелиоцентризму, но не без эвристичес ких идей механики. Механика Арис тотеля разделялась на земную и небесную, т. е. не об ладала надлежащим принципиальным единством: ари стотелевское взаимное противопоставление Земли и Неба сопровождалось принципиальной противополож ностью относящихся к ним законов механики, которая тем самым оказалась в целом внутренне противоречи Глава 3. Фундаментальные принципы и законы вой, несовершенной. Галилей опроверг аристотелевс кое противопоставление Земли и Неба. Он предложил представление Аристотеля об инерции, характеризую щее равномерное движение небесных тел вокруг Зем ли, применять для земных тел их свободном дви жении в горизонтальном направлении.

Кеплер и Галилей пришли к своим кинематичес ким законам, предопределившим принципиально еди ную для земных и небесных тел механику Ньютона.

Законы Кеплера и закон всемирного тяготения Нью тона послужили основой для открытия новых планет.

Так, по результатам наблюдений отклонений в движе нии планеты Уран, сделанных в г. английским астрономом и оптиком Уильямом — 1822), английский астроном и математик Джон (1819— и французский астроном Урбен Леверье — 1877) независимо друг от друга и почти одно временно теоретически предсказали существование заурановой планеты, которую обнаружил в г. не мецкий астроном Иоганн Галле (1812—1910). Она на зывается Нептун. В 1915 г. американский астроном Персиваль Ловелл (1855— 1916) рассчитал и органи зовал поиск еще одной планеты. Ее обнаружил в г. молодой американский любитель астрономии Клайд Томбо. Эта планета получила название Плу тон.

Этап классической физики характеризуется круп ными достижениями не только в классической меха нике, но и в других отраслях: термодинамике, моле кулярной физике, оптике, электричестве, магнетиз ме и т. п. Назовем важнейшие из них:

• установлены газовые законы;

• предложено уравнение кинетической теории газов;

• сформулирован принцип равномерного распреде ления энергии по степеням свободы, первое и вто рое начала термодинамики;

• открыты законы Кулона, Ома и электромагнитной индукции;

• разработана электромагнитная теория;

• явления интерференции, дифракции и поляриза ции света получили волновое истолкование;

• сформулированы законы поглощения и ния света. Часть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Конечно, можно назвать и другие не менее важ ные естественно-научные достижения. Особое место в физике занимает электромагнитная теория, разрабо танная выдающимся физиком Дж. Макс веллом — создателем классической элект родинамики, одним из основоположников статистичес кой физики. Он установил, кроме того, статистическое распределение молекул но скоростям, названное его именем. Теория электромагнитного поля (уравнения Максвелла) объяснила многие известные к тому вре мени явления и предсказала электромагнитную при роду света. С электромагнитной теорией Максвелла вряд ли можно поставить рядом другую более значи тельную в классической физике. Однако и эта теория оказалась не всесильной.

В конце XIX в. при экспериментальном изучении спектра излучения абсолютно черного тела была уста новлена закономерность распределения энергии.

ченные кривые распределения имели характерный максимум, который по мере повышения температуры смещался в сторону более коротких волн. Такие резуль таты эксперимента не удалось объяснить в рамках клас сической электродинамики Максвелла. Эта проблема была названа катастрофой».

Согласующееся с экспериментом объяснение пред ложил в 1900 г, Макс Планк. Для чего ему пришлось отка заться от общепринятого положения классической физи ки о том, что энергия любой системы изменяется только непрерывно, т. е. принимает любые сколь угодно близкие значения. В соответствии с выдвинутой Планком кванто вой гипотезой атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте.

Характерная особенность этапа современной фи зики заключается в том, что наряду с классическими развиваются квантовые представления. На основании квантовой механики объясняются многие микропроцес сы, происходящие в пределах атома, ядра и элементар ных частиц — появились новые отрасли современной физики: квантовая электродинамика, квантовая тео рия твердого тела, квантовая оптика многие другие.

В одной из своих статей М. Планк писал о том, как 132 во времена его молодости (примерно в г.) один ува Глава 3. Фундаментальные принципы и законы профессор не советовал заниматься физикой, полагая, что в физике осталось только с су ществующих физических приборов, так как главное уже сделано. Сейчас очевидно: профессор в своих прогнозах ошибался — XX столетие принесло немало великих от крытий в физике, определивших многие перспективные направления развития разных отраслей естествознания.

В формировании представ лений важную роль сыграла квантовая теория фото эффекта, предложенная А. Эйнштейном в 1905 г. Имен но за эту работу и вклад в теоретическую физику, а за теорию относительности, в 1921 г. была присуж дена Нобелевская премия по физике.

В развитие современной физики существенный вклад внесли многие выдающиеся ученые, среди кото рых следует назвать датского физика Нильса Бора (1885— 1962), квантовую теорию атома, не мецкого физика-теоретика Гейзенберга — 1976), сформулировавшего принцип неопределенности и предложившего матричный вариант меха ники, австрийского физика-теоретика Эрвина Шредин гера (1887— 1961), разработавшего волновую механику и предложившего ее основное уравнение (уравнение английского физика Поля Дирака (1902 — 1984), разработавшего релятивистскую теорию движе ния электрона и на ее основании предсказавшего су ществование позитрона, английского физика Эрнеста — создавшего учение о радиоак тивности и строении атома, МНОГИХ других.

В первые десятилетия XX в. исследовалась радио активность и выдвигались идеи о строении атомного ядра. В 1938 г. сделано важное открытие: немецкие радиохимики О. Ган и Ф. Штрассман обнаружили де ление ядер урана при облучении их нейтронами. Это открытие способствовало бурному развитию ядерной физики, созданию ядерного оружия и рождению атом ной энергетики.

В исследовании ядерных процессов важную роль играют детекторы частиц, в том числе и черенковский счетчик, принцип действия которого основан на Череп изучении света, которое возникает при движении в веществе заряженных частиц со скорос тью, превосходящей фазовую скорость света в Это Часть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ излучение было обнаружено в 1934 г. нашим соотече ственником физиком Черенковым (1904—1990), лауреатом Нобелевской премии 1958 г., под руковод ством академика СИ. Вавилова (1891 — 1951), основате ля научной школы физической оптики.

Одно из достижений физики XX в.— это, безусловно, создание в 1947 г. транзистора выда ющимися американскими физиками Д. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли, удостоенными в 1956 г. Но белевской премии по физике. С развитием физики по лупроводников и созданием транзистора зарождалась новая технология — полупроводниковая, а вместе с ней и перспективная, бурно развивающаяся отрасль есте ствознания — микроэлектроника. В 1958 г. собрана первая интегральная схема в виде пластины из моно кристалла кремния площадью несколько квадратных сантиметров, на которой располагались два транзис тора и RC-цепи. Современный микропроцессор раз мером 1,8 см содержит около 8 млн транзисторов. Если размеры элементов первых транзисторов составляли доли миллиметра, то сегодня они равны мкм. Это современный технологический уровень. В последнее время разрабатывается технология формирования эле ментов нанометровых размеров.

Создание квантовых генераторов на основе вы нужденного излучения атомов и молекул — еще одно важнейшее достижение физики XX в. кванто вый генератор на молекулах аммиака — источник элек тромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне (мазер) — разработан в г. российскими физиками Н.Г. Басо вым, A.M. Прохоровым и американским ученым Ч. Та унсом. В 1964 г. за эту работу им присуждена Нобелев ская премия по физике. К настоящему времени разра ботано много модификаций квантовых генераторов, в том числе и оптических квантовых генераторов, назы ваемых лазерами, получивших широкое практическое применение. Появились уникальные лазеры — хими ческие, атомные и другие, которые открывают перс пективные направления лазерных технологий.

Высокотемпературная сверхпроводимость, откры тая в 1986 г. немецким физиком Г. и швей царским ученым А. Мюллером, удостоенными Нобелев ской премии 1987 г.,— всякого сомнения выдаю щееся достижение современного естествознания.

Глава 3. Фундаментальные принципы и законы Созданию единой теории фундаментальных взаи модействий, термоядерным синтезом — этим и многим другим проблемам современной физи ки уделяется большое внимание, и в их решении при нимают участие ученые многих стран.

• Материя и движение, время и пространство Одна из важнейших задач естествознания — со здание естественно-научной картины мира в виде це лостной упорядоченной системы. Для ее решения ис пользуются общие и абстрактные понятия: материя, движение, время и пространство.

Материя — все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека другие объек ты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Она тождественна ре альности. Неотъемлемое свойство материи Без движения нет материи, и наоборот. Движение ма терии любые изменения, происходящие с материаль ными объектами в результате их взаимодействий. Ма терия не существует в состоянии — из нее образуется сложная иерархическая система мате риальных объектов различных масштабов и сложности.

Отличительная особенность естественно-научного познания заключается в том, что для естествоиспыта телей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения, ства материальных объектов, их характеристики, кото рые можно измерить с помощью приборов. В современ ном естествознании различают три вида материи: ве щество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество — основной вид материи, обладающей массой. К вещественным относятся элементар ные частицы, атомы, молекулы и многочисленные обра зованные из них материальные объекты. В химии веще ства подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные соеди нения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния ве твердое, жидкое и газообразное. При очень Часть II. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ высокой температуре образуется плазма. Переход ве щества из одного состояния в другое можно рассматри вать как один из видов движения материи.

Различные виды движения материи можно класси фицировать с учетом изменений свойств материальных объектов и их воздействий на окружающий мир. Меха ническое движение (относительное перемещение тел), колебательное и волновое движения, распространение и изменение различных полей, тепловое (хаотическое) дви жение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы в макросистемах, фазовые переходы между агрегатными состояниями (плавление, парообразование и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эво люция звезд, галактик и Вселенной в целом — все это примеры многообразных видов движения материи.

Физическое поле — особый вид материи, обеспе чивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствую щие различным частицам (например, электрон-по зитронное поле). Источником физических полей яв ляются частицы (например, для электромагнитного поля — заряженные частицы). Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними. В квантовой теории вза имодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.