Этапы развития и парадигмы естествознания

Классический период развития естествознания начался в конце XIX века и закончился в начале XX века.

Уже в конце XVIII века в естествознании, в том числе физике и биологии собралось большое количество эмпирического материала, который не вмещался в узкие рамки механической картины мира и который не мог быть разъяснен посредством этой картины. В это период разрушение механической картины мира происходило с двух сторон: в первую очередь со стороны физики, с другой стороны – биологией и геологией.

Первое направление в разрушении механической картины мира было связано с усилением научных исследований в областях физики – электричество и магнетизм. В этих исследованиях особая заслуга принадлежит английским ученым М.Фарадею (1791-1867) и Д.Максвеллу (1831-1879).

Обнаружив связь между электрическим и магнитным полями, Фарадей привнес понятия электрического магнитного поля в физику и выдвинул идею о существовании электромагнитного поля. Максвелл же разработал теорию электромагнитной области, теоретически предположил существование электромагнитных волн, выдвинул идею об электромагнитной природе света. На основе всех этих открытий стало известно, что материя присутствует в механической картине мира не только как вещество, но и как электромагнитное поле. А.Эйнштейн так оценивал область теории Максвелла: «Электромагнитная теория Максвелла была первым ударом по теории движения Ньютона, которая бралась как программа для теории физики … Приближаясь к ее материальной стороне и движению, на арене появилась новая реальная «область» физики».

Достижения электродинамики, которые толковались на основе тождественных законов электрических и магнитных явлений (закон Ампера, закон Био-Савар-Лапласа и т.д.), стали причиной создания электромагнитной картины мира, дававшей более широкое толкование явлений.

В связи с тем, что электромагнитные процессы редуцировались на механические процессы, у многих физиков сформировалась мысль о том, что основу мирового устройства составляют не законы механики, а законы электродинамики. Механический подход к таким явлениям, как свет, электрический магнетизм не дал никаких результатов, и механика постепенно стала заменяться электродинамикой.

Таким образом, проводимые по электромагнетизму исследования постепенно расшатывали основы механической картины мира и в конечном счете привели к ее развалу.

Второе направление в «разрушении» механической картины мира связано с именами английского геолога Ч.Лайелина (1797-1875) и французских биологов Ж.Б.Ламарка (1744-1829) и Ж.Кювьена (1769-1832).

Ч.Лайель в своей трехтомной книге «Основы геологии» разработал учение о систематическом и непрерывном изменении поверхности Земли под воздействием постоянных геологических факторов. Он, применяя нормативные принципы биологии к геологии, разработал теоретическую концепцию, которая оказала значительное влияние на последующее развитие биологии. Другими словами, Лайель редуцировал предусматриваемый для высших форм принцип в принцип, предусматриваемый для познания низших форм. Он так же был одним из основоположников метода актуализации в естествознании, на основе этого метода он заложил начало способности предсказывать прошлое объекта, зная его нынешнее состояние. Мысль о том, что «настоящее – ключ к прошлому» стала исследовательским принципом Лайеля. Однако согласно Лайелю Земля развивается не в определенном направлении, а в результате случайностей и в бессвязной форме. Изменения, происходящие на Земле, постепенно становятся количественными, лишены всяких скачков, постепенных разрывов, качественных изменений. Таким образом, отношение Лайеля к развитию было метафизическим, «плоско-эволюционным» подходом.

Ж.Б.Ламарк разработал первую полную концепцию эволюции живой природы. По его мнению, существующие виды растений и животных постоянно меняются и в этом процессе их формирование осложняется стремлением организмов к усовершенствованию и постоянным влиянием внешней среды. Несмотря на то, что Ламарк объявил принцип эволюции живой природы самым общим законом, по определенным причинам он не смог обнаружить истинные причины развития эволюции. Он думал, что изменения, происходящие в живом организме под воздействием внешней среды, являются главными причинами зарождения новых видов.

Однако Ламарк не смог объяснить причины приобретенных изменений, непередающихся по наследству. Поэтому самым большим достижением Ламарка в истории науки было создание учения о системной эволюции. Ламарк представлял себе, что изменения, происходящие во внешней среде, приводят к возникновению новых особенностей у организма, которые передаются по наследству. Таким образом, Ламарк выступал против теории «катастроф» Кювьена и метафизической концепции о постоянстве видов и выдвинул сопровождающую его идею эволюции мысль о том, что живое создается из неживого посредством особого вещества, называемого «флюидами» и в результате этого сначала формируются простые, затем более сложные формы. Вместе с тем Ламарк предполагал, что материя сама не способна к движению и развитие природы направляется «божественной целью».

В отличие от Ламарка Кювье не принимал идею изменчивости видов и изменения внутри видов животных, которые он наблюдал в ходе раскопок, объяснял их «теорией катастроф», которая категорически отвергала идею эволюции органического мира. Кювье оспаривал тат факт, что каждый период в истории Земли заканчивался мировыми бедствиями – поднятием и опусканием материков, наводнениями, расслоением пластов. В результате этих бедствий вымирают виды животных и растений и в новых условиях появляются новые виды. Кювье не объяснял причины катастроф. По выражению Ф.Энгельса, «Теорию Кювье с точки зрения революционных изменений, которым подвергалась Земля, на словах можно назвать революционной, на самом же деле она оказалась реакционной теорией».

Таким образом, уже в первой четверти XIX века была заложена основа для отказа от господствующего метафизического способа мышления. Особенно три великих открытия, которые были сделаны в естествознании во второй половине XIX века: клеточная теория, закон сохранения энергии и теория эволюции Дарвина; нанесли смертельный удар по метафизическому способу мышления, они заложили, таким образом, основу проникновения в природу диалектических принципов.

Клеточная теория была разработана в 1838-1839 годах немецкими учеными М.Шлейденом и Т Шванном. Эта теория утверждала единое происхождение растений и животных, единство их строения и развития.

Открытый в 40-х гг. XIX века закон сохранения превращения энергии (Майер, Джоуль, Ленц и др.) показал, что ранее изолировавшиеся друг от друга «силы» - тепло, свет, электричество, магнетизм и т.д. в действительности взаимосвязаны друг с другом, в определенных условиях они могут переходить один в другого, и в конечном счете это разные формы одного движения в природе. Как общее количественное измерение разных форм движения, энергия не возникает из ничего и не исчезает, только переходит из одной формы в другую.

Теория эволюции Ч.Дарвина была изложена в его книге «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Эта теория показала, что растительные и животные организмы, в том числе и органический мир человека – результат долгого развития природы. Живой мир берет свое начало от простейших существ, которые в свою очередь зародились из неживой природы.

Неклассический период развития естествознания.

Выше мы отметили, что XVII-XVIII веках, естествознание все наблюдаемые явления, в том числе социальные процессы старалось объяснить на основе законов механики Ньютона. В XIX веке в связи с изучением электрических и магнитных явлений стало ясно, что законы механики Ньютона не могут играть роль универсальных законов природы. Теперь на эту роль претендовали законы электромагнитных явлений. Исходя из этой претензии Фарадей, Максвелл, Герц и др. создали электромагнитную картину мира. Экспериментальные открытия сделанные на основе строения материи в конце XIX - в начале ХХ обнаружили существующее противоречие между электромагнитной картиной мира и фактами опыта. В 1895-1896 годах было открыто радиоактивное явление, рентгеновские лучи. В 1897 году английский физик Д.Томпсон, открыв элементарную частицу, понял, что электроны являются составной частью атомов, из которых состоит материя. Несмотря на то, что Томпсон предложил первую модель атома, эта модель просуществовала недолго.

В 1911 году Резерфорд создал планетарную модель атома: у этого атома в центре находится тяжелое, положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Резерфорд открыл a- и b-лучи, предсказал существование нейтрона. Однако планетарная модель атома согласовывалась с электродинамикой Максвелла.

Немецкий физик М.Планк в 1900 году выдвинул идею о квантовом влиянии (постоянная Планка) и, исходя из этой идеи открыл законы излучения только темных тел. В это время стало известно, что излучение и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями.

Зародилось противоречие между квантовой теорией Планка и теорией электродинамики Максвелла. Зародились два представления о материи, которые не уживались друг с другом: матери либо полностью неделима, либо она состоит из дискретных частиц. Вышеназванные открытия отвергли представления об атомах как бесконечных, неделимых частицах строения мира. В связи с этим на основе идеи Резерфорда и квантовой теории Планка, датский ученый Нильс Бор выдвинул новую модель атома, чем прибавил «волнения» в физике (1913-й год). Он показал, чем электроны, вращающиеся вокруг ядра по различным стационарным орбитам, согласно законам электродинамики не излучают энергию. Они, только перескакивая с одной стационарной орбиты на другую, излучают энергию порциями. Электрон, также переходя на удаленные от ядра отбиты, увеличивает энергию атома. На основе изменений и дополнений, которые внес Резерфорд в модель атома, модель атома Бора вошла в историю физики как квантовая модель атома Резерфорда – Бора.