Научная картина мира представляет собой целостную систему представлений об общих свойствах и закономерностях мира, возникающую в результате обобщения и синтеза основных естественнонаучных понятий и принципов. В ее структуре можно выделить два главных компонента понятийный и чувственнообразный. Концептуальный компонент представлен философскими категориями (материя, движение, пространство, время и др.), принципами (системное единство мира, всеобщая взаимосвязь и взаимообусловленность явлений), общенаучными понятиями и законами (закон сохранения и превращения энергии). Чувственнообразный компонент научной картины мира — это совокупность наглядных представлений о природе (планетарная модель атома, образ Meгагалактики в виде расширяющейся сферы).
Главное отличие научной картины мира от донаучной и ненаучной состоит в том, что она строится на основе определенной фундаментальной научной теории, служащей ее обоснованием.
Первые картины мира выдвинуты в рамках античной философии и носили натурфилософский характер. Научная картина мира начинает формироваться только в эпоху возникновения современного естествознания, в XVI – XVII вв. В общей системе научной картины мира определяющим моментом выступает картина той области познания, которая занимает лидирующее положение. Так, например, научная картина мира XVII—XIX вв строилась на базе классической механики, а современная — квантовой механики, а также теории относительности. Рассмотрим более подробно каждую из этих картин.
Элементы научно-механического воззрения на мир складывались на базе зарождающегося мануфактурного производства и рационально-критического сознания формирующейся буржуазии, практицизм которой не мог быть удовлетворен экстатическими образами и представлениями. Как труды Леонардо, так и работы Галилея вытекали из требований времени. Для производственной практики представляли интерес вопросы статики и механического перемещения тел в пространстве.
Идея рационально понимаемой природы постепенно взяла верх. Механика, астрономия, математика стали руководительницами прочих наук, и их точка зрения на мир стала господствующей. Объяснить устройство мира значило, согласно этой позиции, ясно и наглядно представить его себе. Такое объяснение — его ясность — предполагало как логическое выведение изучаемого процесса из общих принципов, так и демонстрацию этого процесса в эксперименте. «Мир устроен рационально» — означало, что он может быть расчленен с помощью анализа на логически связанные друг с другом и математически точно описываемые составные элементы. Английский философ Гоббс, стремясь любой процесс понять как разумный, уподоблял общество мудро построенному механизму Спиноза заставил саму субстанцию – природу – разворачиваться на манер геометрии Евклида. Декарт анализирует жизненные процессы как машинообразно запрограммированные. А французский материалист Ламетри заявил, что человек – это машина.
К концу XVII в. была подготовлена теоретическая база для создания всеобъемлющей научной программы объяснения фундаментальных свойств мира на основе механике математического естествознания. Окончательное и адекватное изложение этого дал Ньютон. Общая единица измерения массы была понята как характеристика всех тел, и земных и небесных, в их различных объемах. Сила определялась, исходя из ее воздействия на движение тела. Понятие вели чины тела привело к открытию простых качественных законов.
Концепция Ньютона исключительно успешно прошла проверку в течение всего Нового времени. Ее первый триумф составил закон гравитации Постепенно накопление таких успехов обеспечивало развитие астрономии, физики и инженерии. Был создан целостный образ материального мира, позволяющий рассчитывать самые мелкие элементы отдельных событий. В дальнейшем механистическое объяснение всех природных процессов окончательно установилось в качестве парадигмы науки и явилось своеобразным символом ее интеллектуальной мощи.
Космос стал рассматриваться как гигантская машина. Будучи раз приведенным в движение «механизм мира» функционирует согласно вечным законам природы, подобно заведенным и пущенным в ход часам.
В течение двух веков большинство ученых, поражаясь почти невероятным успехам, достигнутым разумом на поприще открытия законов механики, вдохновлялось идеалом механистической картины мира. Не только физики берут на вооружение разработанную в ней методологию, ею пытаются руководствоваться и химики, и биологи. Сложнейшие социальные явления истолковываются в этом же стиле. Лозунги Великой французской революции — свобода, равенство, братство — в качестве теоретического фундамента имели концепцию, согласно которой общество в принципе может также четко функционировать, как хорошо отлаженная машина, нужно только привести его в соответствие с разумными принципами, отвечающими природе человека.
Переход от механистической к квантово-релятивистской картине мира сопровождался изменением стиля онтологических принципов физики (ломка представлений о неделимости атома, существования абсолютного пространства и времени, жесткой причинно-следственной обусловленности физических процессов). Законы механики не смогли срабатывать в качестве объяснительного принципа на уровне элементарных частиц и мегамира. Кроме того, в рамках механистической картины мира, постулирующей принцип неизменности материальных систем во времени, практически невозможно было объяснить возникновение качественно новых систем. Это с неизбежностью приводило к идее отказа от парадигмы механицизма и разработки иного научного образа реальности.
В основе современных научных представлений о строении мира лежит идея ее сложной системной организации. Наличие общих признаков организации позволяет объединить различные объекты в классы разнообразных систем. Эти классы часто называют уровнями организации материи или видами материи. Все виды материи связаны между собой генетически, т.е. каждый из них развивается из другого. Удивительное свидетельство единства всех структурных уровней организации мира дает современная физика основных типов взаимодействия. Так оказывается, что реальное единство слабого и сильного взаимодействия может проявляться при таких энергиях, которые не существуют в современном мире и могли реализоваться только в первые секунды эволюции Метагалактики после Большого Взрыва. С другой стороны, мы обнаруживаем, что макроскопические свойства наблюдаемого нами мира (наличие галактик, звезд, планетных систем, жизни на Земле) обусловлены небольшим количеством констант, характеризующих различные свойства элементарных частиц и основные типы фундаментальных закономерностей. Например, если бы масса электрона была в три-четыре раза больше ее значения, то время существования нейтрального атома водорода исчислялось бы несколькими днями. А это привело бы к тому, что галактика и звезды состояли преимущественно из нейтронов и многообразия атомов и молекул в их современном виде просто не существовало бы. Современная структура Вселенной очень жестко обусловлена также величиной, выражающей разницу в массах нейтрона и протона. Разность эта очень мала и составляет всего одну тысячную от массы протона. Однако, если бы она была в три раза больше, то во Вселенной не мог бы проходить нуклонный синтез и в ней не было бы сложных элементов, а жизнь вряд ли могла возникнуть.
Это обстоятельство позволило современной науке сформулировать так называемый антропный принцип, который становится достаточно надежным принципом объяснения мира и создания современной картины мира, способной соединить объективность видения с ценностными оценками.
Это вплотную подводит к идее эволюции Вселенной. В полной мере эта идея была осознана в середине XX в. Надо отметить, что она чужда самому духу ньютоновской физики, которая по своему логическому строю скорее физика бытия, чем физика становления.
На нынешнем этапе развития физической космологии на передний план выдвигается задача воссоздания сценария образования крупномасштабной структуры Вселенной, от самого начала и вплоть до наших дней. Иными словами, она должна включать в себя не только картину возникновения и эволюции галактик, но и звезд, планет и органической жизни.
Каковы же хронологические рамки полной космогонической теории? Космологи обычно делят эволюцию космической материи от момента «Большого Взрыва» по настоящее время на четыре периода, условно именуемые «планковским», «квантовым», «адронным» и «обычным». Каждый из этих периодов охватывает определенные, физически значимые фрагменты космологической шкалы времени, разнящиеся на целых двадцать порядков: 1) от нуля (время, соответствующее моменту «Большого Взрыва») до 10-43 сек занимает «планковский» период; 2) от 10-43 до 10-23 сек — «квантовый»; 3) 10-23 до 10-3 сек — «адронный»; 4) от 10-3 до 1017 сек — «обычный». Последний хронологический рубеж отделяет настоящее от будущего.
На 10-43 сек жизни Вселенной ее плотность была равна 1094 г/см3, а ее радиус составлял порядка 10-33 см. Следующая узловая точка в траектории эволюции космической материи обозначена цифрой 10-36 сек. Пространственно-временная дистанция между этими двумя математическими величинами наполнена микрофизическими событиями поистине вселенского значения. Плотность вещества в этот промежуток времени падает, тогда как плотность вакуума остается неизменной.[1] Это привело к резкому изменению физической ситуации уже спустя 10-35 сек после «Большого Взрыва». Плотность вакуума сначала сравнивается, а затем, через несколько мгновений космического времени, становится больше плотности вещества. Тогда дает о себе знать гравитационный эффект вакуума — его силы отталкивания берут верх над силами тяготения обычной материи. Вселенная начинает расширяться в чрезвычайно быстром темпе и в течение всего лишь 10-32 доли секунды достигает огромных размеров, превышающих на много порядков размеры ныне наблюдаемой части Вселенной. Однако этот космологический процесс ограничен во времени и пространстве. Вселенная, подобно любому расширяющемуся газу, сначала быстро остывает и уже в районе 10-33 сек после «Большого Взрыва» сильно переохлаждается. В результате этого космического похолодания Вселенная от одной фазы эволюции переходит в другую. Если быть более точным, речь идет о фазовом переходе первого рода — скачкообразном изменении внутренней структуры космической материи и всех связанных с ней характеристик и свойств.