История и методология науки
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
Часть 6. Эволюция научной картины мира 1. Научная картина мира (общее понятие). Общая картина мира в науке предстает в виде некоторой универсальной теоретической модели мироустройства, которая закрепляет онтологические представления о фундаментальных структурах на основании признанных за истину научных фактов. Научная картина мира (далее НКМ) абстрагируется от религиозных, философских, мифологических, житейских представлений о мире, стремится представить мир и его законы независимо от сознания людей и духовных предпочтений. Все же она не свободна от мировоззренческих, религиозных, познавательных установок своей эпохи. Научную картину мира как теоретическую модель характеризуют: - натурализм (отрицание существования сверхъестественных сил), - связь с физическими представлениями о природе материи и принципах взаимодействий, - обоснованность; - эмпирическая проверяемость (или возможность опытного опровержения); - историчность (содержание НКМ постоянно обновляется). Картина мира в науке не является непосредственным образом происходящего. Представление о мире в науке далеко не всегда совпадает наблюдаемыми в обыденной жизни явлениями. Например, в отношении движения Земли теоретическая картина прямо противоположна повседневному опыту человека. Суть научной картины мира составляют 220 положения, конкретизирующие принцип единства мира, а также общие базовые формы и структуры реальности, которые фиксируются небольшим набором категорий (традиционно такими категориями выступают: материя, пространство, время, движение). Научная картина мира образует концептуальный уровень понимания мироустройства в его единстве и взаимосвязях, соединяющий естественнонаучный и мировоззренческий (философский) уровни знания. Смена картины мира предполагает коренную ломку базовых онтологических представлений об общих свойствах и законах природы, которая вызывает непонимание и эмоциональное сопротивление, сопровождается дискуссиями, напряжением и конфликтами в научном сообществе. Новые картины мира выдвигаются как умозрительные гипотезы и могут существовать в науке параллельно со старой, признанной картиной мира довольно долго, пока не получат достаточное эмпирическое обоснование. Признание и утверждения новой картины мира ассоциируется с революционным переворотом в науке, который кардинально меняет стиль научного мышления, корректируя мировоззренческие и методологические границы научного познания. Создание и обоснование картины мира – главная цель натурфилософии. Первая картина мира, выделяющая естественные основания единства мира, - геоцентрическая система мира - складывается в античной натурфилософии как система, имеющая полное обоснование: концептуальное (физика Аристотеля), теоретическое (математический расчет Птолемея), эмпирическое (наблюдаемые движения, которые фиксирует астрономия). Наука XVIIв., введя в исследование явлений природы экспериментальный метод, идеализированные объекты (геометрические модели), математический расчет и мысленный эксперимент, подготовила почву для перехода от натурфилософского взгляда на мир к научно-теоретическому. Первая научная в современном смысле механическая картина мира сменила натурфилософскую систему мира Аристотеля-Птолемея, которая была признанной картиной мира почти две тысячи лет. Начиная с Галилея и Ньютона, фундаментальные основания для синтеза знания в общей научной картине мира давало развитие физических теорий. В конце XXв. фундаментальное значение в интеграции знания о мире приобрели нефизические принципы системности, самоорганизации, эволюции. В развитии научного знания НКМ играет роль своеобразного неэмпирического критерия в процессе обоснования выдвигаемых проблем и 221 гипотез. Теоретические построения в естествознании проходят двойную проверку: на эмпирическую проверяемость фактами и на соответствие признанной научной картине мира, закрепляющей общий познавательный принцип анализа явлений. Исторические периоды в развитии современной науки, различаются научной картиной мира. 1. Механическая картина (XVII – XIXв.), в основании которой лежит классическая механика Ньютона, соответствует периоду классической науки. Стиль научного мышления, определенный установками механической картины мира, - классический идеал научной рациональности. 2. Физическая картина мира, в эволюции которой прослеживаются два этапа: электродинамический и квантовый (XXв.), соответствует периоду неклассической науки. 3. Синтетическая картина мира (конец XXв.), в основании которой лежат принципы системности, самоорганизации, глобального эволюционизма, соответствует периоду постнеклассической науки. 2. Исторические этапы эволюции научной картины мира Анализ истории современной науки показывает, что построение картины мира выступает главным познавательным стимулом развития математики и физики, начиная с научной революции XVIIв. Система классического естествознания возникает как математизированная натурфилософия, которая оперирует абстракцией физической реальности, фундаментальные характеристики которой - материя, пространство, время, движение, взаимодействие - раскрываются в контексте принципов единства мира и причинной обусловленности явлений. Развитие теоретических представлений о физической реальности выступает целью построения картины мира на протяжении всей истории науки. Механическая, затем физическая картина мира обеспечивает концептуально и методологически исследовательские научные программы эмпирического и теоретического уровня. 2.1 Механическая картина мира История становления научной картины мира как абстрактно- теоретической модели мира в ее сущностных связях (т.е. не наблюдаемой непосредственно, а понимаемой) начинается с противостояния двух системы мира – геоцентрической и гелиоцентрической. Идея гелиоцентрического мироустройства была математически обоснована еще во времена поздней античности Аристархом, затем получила более веское обоснование в астрономических наблюдениях и математическом расчете Н.Коперника в 222 XVIв. Эта идея была воспринята научным сообществом того времени как неочевидная и недоказуемая гипотеза, которая противоречила системе физики Аристотеля. В XVIIв. в трудах Галилея, Декарта, Ньютона были разработаны основные теоретические принципы и формальный аппарат описания принципиально наблюдаемых взаимодействий. Известная фраза Галилея: «если факты не укладываются в теорию, тем хуже для фактов», - подчеркивала особенность теоретических построений, относящихся к идеализированным (мыслимым) объектам, не сводимым полностью к наблюдаемым в реальности предметам и процессам. Натурфилософия и небесная механика И.Ньютона давала концептуальное обоснование неочевидной гелиоцентрической системе мира. Окончательное оформление механическая научная картина мира (далее МКМ) получила в трудах П.Лапласа (XVIII в.). МКМ опирается на два общих принципа: атомизм и детерминизм. Согласно атомистическому учению, материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. В МКМ материя выступает преимущественно в виде материальных (вещественных) тел, имеющих атомарное строение. Главная механическая характеристика тела - масса, которая определяется как мера инерции тела. Для теоретического описания взаимодействий и движений тел используется понятие материальной точки, выступающее абстракцией физического тела. Точечным механическим эквивалентом любого тела выступает его центр тяжести. Естественным состоянием тела полагается его движение относительно других тел. Движение рассматривается в МКМ как перемещение тел в пространстве, имеющем три измерения. Теоретическое описание движения строится на базе принципа инерции и принципа относительности. Основными параметрами математического описания движения выступают: координаты, время, скорость, ускорение. Движение тела заменяется движением его центра тяжести, к которому приложены силы. Главной характеристикой взаимодействия в МКМ выступает совокупность (сумма) сил, которые могут передаваться мгновенно на большие расстояния независимо от среды. Взаимодействие тел теоретически описывается через параметры их состояния (координаты, время, массу, силу, энергию). Универсальными теоретическими принципами описания механических взаимодействий выступают: принцип суперпозиции (согласно которому действие равно геометрической сумме приложенных сил) и 223 принцип дальнодействия (согласно которому действия могут передаваться в пустом пространстве со сколь угодно большой скоростью, т.е. мгновенно). Движение и взаимодействие тел происходит в пространстве и времени, которые представляют собой две независимые друг от друга формы бытия. Пространство понимается двояко: 1) как абсолютное вместилище, пустота, где тела могут свободно перемещаться; 2) как реальное трехмерное измеряемое пространство (однородное и изотропное). Начальные координаты тела в некоторой точке такого пространства позволяют сделать точный математический расчет относительно его положения в других точках с течением времени. Все направления в пространстве равноправны и обратимы. Время характеризуется длительностью и необратимостью (течет в одну сторону). В математическом описании механических действий координаты и время выступают независимыми переменными. Универсальный характер в МКМ имеют: законы механики, позволяющих построить четкое математическое описание движения макроскопических тел и их взаимодействий, законы сохранения энергии и импульса, закон всемирного тяготения, на основании которого строится математическая и геометрическая модель движения космических тел в Солнечной системе. Причинно-следственная связь событий имеет жесткую форму так называемого механистического (или лапласовского) детерминизма. Согласно этому принципу случайность не учитывается в мировой схеме взаимодействий, движения тел подчиняются с необходимостью законам механики, выступающим в качестве законов природы. Все состояния тел (прошлые настоящие, будущие) могут быть математически точно рассчитаны. Механическая картина представляет мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия, поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются. Большим достоинством МКМ было утверждение движения в качестве основного состояния материальных тел и разработка универсального математического аппарата описания взаимодействий. Вплоть до начала XX века МКМ оставалась господствующей концептуальной базой развития 224 естественнонаучных теорий. Однако XVIII и особенно XIX в. накопили проблемы, которые выходили за рамки описания, предложенные МКМ. Самые первые сомнения было связаны с неясной природой дальнодействия гравитационной силы. Исследование тепловых, электрических, магнитных явлений и попытки их теоретического описания на основе законов механики обнаружили ограниченность МКМ в понимании природы материи. Механические законы не давали ответа на вопросы о природе света, электромагнетизма, излучений разного рода, составлявших проблемное поле физики в XIXв. Природа света в МКМ объяснялась с помощью светоносного эфира. Однако постоянство скорости света, зафиксированное как эмпирический факт, противоречило классическому принципу относительности и закону сложения скоростей. 2.2 Эволюция физической картины мира в XX в В системе классической механики базовые представления конкретизированы абстракцией материальной точки, системы материальных точек, силы, инерциальной системы отсчета, материального (вещественного) тела и его свойств. На рубеже XIX-XXвв. формируются новые представления о фундаментальных характеристиках физической реальности на базе теорий электромагнетизма. В середине XIX в. М.Фарадей, введя электрические и магнитные силовые линии в качестве схемы описания электромагнитных взаимодействий, выдвигает идею о единстве материи и силы. Он исходил из того, что силы не могут существовать отдельно от материи, поэтому линии силы (силовые линии) необходимо связать с особой субстанцией (в виде электромагнитного поля). На базе этой идеи развивается теория эфира (как светоносной и непрерывной механической среды), отождествляются понятия эфира и поля, в качестве универсального принцип взаимодействия вводится принцип близкодействия. Трактовка эфира как непрерывной механической, заполняющей абсолютное однородное пространство среды и выступающей абсолютной системой отсчета для инерциальных систем, была опровергнута в опытах Майкельсона 1881 и 1887гг., а затем в ряде подобных экспериментов, проведенных уже в следующем веке. 122 Опыты по обнаружению эфира положили начало становлению новой физической картины мира в начале XXв. 122 Идея эксперимента была предложена Джеймсом Клерком Максвеллом в 1875г. в статье «Эфир» для 9-го издания Британской Энциклопедии. Молодой офицер военно-морского флота США Альберт Абрахам Майкельсон провел такой эксперимент с целью обнаружения эфирного ветра, получив отрицательный 225 Электродинамическая картина мира Выделение электромагнитного поля как вида материи наряду с вещественными макроскопическими телами привело к изменению представлений не только о структуре материи, но также о пространстве, времени и принципах взаимодействия. В оформившейся в 20-е гг. электродинамической картине мира онтологический принцип единства мира раскрывается через взаимосвязь Пространства - Времени - Материи. Теоретическое основание электродинамической картины мира составили: электродинамика Максвелла, электромагнитная теория строения атома Э.Резерфорда (1911), специальная теория относительности А.Эйнштейна (1905), теория фотоэффекта, объясняющая излучение света на основании понятия квант - энергетической порции излучения, пропорциональной определенной длине волны. В новой картине мира характеристика материи раскрывается через понятие поле. В отличие от дискретного вещества, поле как вид материи не обладает массой покоя и характеризуется непрерывностью. Спектр длин волн электромагнитного поля охватывает практически все наблюдаемые излучения, поэтому его характеристики принимаются за фундаментальные параметры материи. Наряду с полем в качестве исходной формы материи признаются: вещество и элементарные частицы - электрон, протон, нейтрон (открыт в 1932г. английским физиком Дж.Чэдвиком). В электродинамической картине мира универсальный характер в описании мировых событий имеют: релятивистские законы движения, законы релятивистской динамики, закон эквивалентности массы и энергии. Универсальным принципом взаимодействия выступает близкодействие: любые взаимодействия передаются через поле (колебания поля, волны, флуктуации). Скорость распространения действия имеет предел, равный скорости распространения света. Наряду с электромагнитными взаимодействиями признается фундаментальность гравитационных взаимодействий. Концептуальной результат. Более точный опыт, проведенный повторно Майкельсоном совместно с Морли в 1887г., дал тот же результат. В 1932г. американские физики Рой Дж.Кеннеди и Эдвард М.Торндайк повторили опыт Майкельсона-Морли, усовершенствовав прибор таким образом, чтобы обнаружить разницу во времени прохождения света в двух направлениях и подтвердить новую теорию Фитцджеральда - Лоренца о сокращении движущегося предмета и замедлении времени под действием эфирного ветра. Согласно теории сокращения эфирный ветер давит на движущийся предмет, заставляя его сокращаться в размерах в направлении движения. Длина предмета в состоянии покоя будет больше на некоторую величину с учетом отношения v²/c², а время меньше. Наиболее точные опыты были выполнены в 1960 Чарльзом Таунсом (Колумбийский университет) с использованием мазера («атомных часов», основанных на колебании молекул). Никакого следа эфирного ветра не было обнаружено. См.: М. Гарднер. Теория относительности для миллионов. М.: URSS, 2010. 226 основой в описании единства взаимодействий выступает общая теория относительности А.Эйнштейна, в которой гравитационные взаимодействия сводятся к полевому принципу. Это была не первая попытка создания единой теории поля. В 1918-1921гг. теории единого поля на базе четырехмерных и пятимерных геометрий предложили Вейль, Калуца, Эддингтон, пытаясь найти адекватную математическую форму обобщенного описания электромагнитного и гравитационного полей. Эйнштейн продолжил эту математическую программу, развивая идею геометризации физического взаимодействия . Геометризация гравитации стала одним из принципов общей теории относительности. Согласно Эйнштейну, движение в поле тяготения не является результатом действия гравитационных сил, а представляет собой движение по инерции в искривленном неевклидовом пространстве. Кривизна пространства накладывает некоторое ограничение на самодвижение тел (понимаемое классической наукой как гравитация). 123 Новая картина мира отличается реляционной трактовкой пространства и времени (согласно которой пространство и время взаимосвязаны, относительны). Все события происходят в мировом четырехмерном пространственно-временном континууме. В космологии утверждается неразрывная взаимосвязь между пространством, временем и центром тяготения. Геометрия пространства-времени определяет мировые линии движения и зависит от величины гравитационных масс. Поэтому возможны пространства разной кривизны. Проблемы электродинамической картины мира были связаны с объяснением строения атома. Выяснилось, что электромагнитных сил недостаточно для соединения и удержания вместе элементов ядра. Проблема строения материи вылилась в исследование элементарных частиц, которое привело к открытию микромира. Исследование поведения микрообъекта как элементарной частицы привело к представлению о двойственности ее природы. |