Естествознание – единая наука о природе

Развитие науки и глобальные естественнонаучные революции

С приходом экспериментального метода в исследования вместо описательности стали говорить о научности картины мира. Многие положения о сути жизни, строении Вселенной стали находить экспериментальное подтверждение.

Наука по своей природе является итогом, совокупностью знаний о природе, обществе и мышлении, накопленных в ходе истории человечества. В.Вернадский выделил в каждом знании следующие элементы: логику, математику, научные факты, гипотезы и теории. Наука возникает и развивается на основе практической деятельности человека. Однако она отличается от художественного творчества, здравого смысла тем, что научное положение обязательно обосновывается системой доказательств. Научная истина - это не только факты и обобщения, но и законы, объясняющие их, опирающиеся на них.

На каждом этапе истории общества наука представляет достаточную в данное время ступень осознания законов действительности. Совокупность этих законов, связывающих все объективные явления в природе, получила название единой научной картины мира. Таким образом, под научной картиной мира понимают систематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества.

Мир окружающей нас природы огромен и разнообразен, чтобы его понять, мы от частных знаний о явлениях и закономерностях природы пытаемся перейти к общим, используя Ньютонов метод индукции. На протяжении всей истории развития человечества ученые сначала неосознанно, а позже целенаправленно искали единое начало, которое должно составлять ту основу, из которой путем вдумчивой дедукции можно вывести картину всех явлений природы, в том числе и явления жизни. Поисками такого единого начала занимались все ученые во все времена. Проблема принципиального единства всего естествознания, включая физику, химию, биологию и психологию, является извечной и животрепещущей проблемой естественнонаучного познания картины мира. "Было бы поистине чудом, если бы человек сумел открыть общую основу всех наук. Мы стремимся к такой цели, хотя и можем привести веские аргументы против ее достижения"[5] (Эйнштейн, 1956). Поиски единства осуществлялись и осуществляются прежде всего на основе математических знаний. Все ученые единодушно считают, что искомое принципиальное математическое единство всего естествознания, отражающее заведомо необходимую всеобщую гармонию самой Природы, может и должно выражаться, прежде всего, именно в математическом единообразии. Оно возможно на всех четырех последовательных основных уровнях естественной самоорганизации Природы: физическом, химическом, биологическом и человеческом, то есть интеллектуальном. Сам разум человека не должен выпадать из научной систематизации Природы, из ее общей математической гармонии.

Необходимо отметить, что в каждый период развития человечества формировалась научная картина мира, которая отражала сущность объективного мира в точном соответствии с состоянием науки в данный момент истории. Кроме того, научная картина мира всегда содержит и нечто неустановленное, гипотезы, необъяснимые с позиций данной картины мира. Именно эти "трудные места" в ней чаще всего привлекают ученых и стимулируют их исследования. А это и приводит к великим, эпохальным открытиям, изменяющим многие представления об окружающем мире, то есть они лежат в основе формирования новой научной картины мира. В истории человечества отмечается четыре таких основополагающих этапа, которые носят название глобальных естественнонаучных революций.

Первой такой революцией, преобразовавшей астрономию, космологию и физику, было создание последовательного учения о геоцентрической системе мира. Начата она была в VI в. до н.э. Анаксимандром, а завершена в IV в. до н.э. Аристотелем, создавшим геоцентрическую систему мировых сфер. Это был первый этап на пути объективизации естествознания. В своей теории Аристотель впервые дополнил видимую полусферу неба, ограниченную горизонтом невидимой. Пришлось признать наличие антиподов, то есть обитателей противоположной половины, а также равноправность их наблюдений. Подтверждение этой модели было получено только в XV-XVI вв. н.э. после первого кругосветного путешествия.

Вторая глобальная естественнонаучная революция, подвергшая дальнейшему преобразованию прежде всего астрономию, физику и космологию, связана с переходом от геоцентризма к гелиоцентризму Вселенной, а позже - к полицентризму. Это был переход от частного учения непосредственно наблюдаемой конечной околосолнечной планетной системы к общему учению о всем потенциально бесконечном иерархическом звездном мире, с действующим в нем всеобщим законом всемирного тяготения Ньютона.

Третья глобальная естественнонаучная революция привела к радикальному преобразованию астрономии, физики и космологии и означала полный отказ от всякого центризма. Эта революция ознаменовалась созданием общей теории относительности Эйнштейна (1915-1916 гг.), которая объединила теории пространства, времени, гравитации. С этого момента Метагалактика - или вся наша наблюдаемая астрономическая Вселенная как целое - стала описываться однородной и безграничной космологической моделью.

Эти три глобальные революции носят имена ученых, труды которых имеют эпохальный характер: Аристотелевская, Ньютоновская, Эйнштейновская.

Четвертая глобальная естественнонаучная революция связана с необходи-мостью доказательства всех фундаментальных физических взаимодействий - гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного. Одна из проблем физического завершения этой революции заключается в необходимости доказательства относительности не только поступательного движения (что сделал Эйнштейн), но и вращательного движения всех субстанций, вплоть до элементарных частиц, так как кварки и антикварки имеют постоянный по величине, но противоположный по знаку момент вращения (спин). Кварки - это в современной физике гипотетические частицы, из которых предположительно могут состоять все известные элементарные частицы, способные к сильным взаимодействиям. Косвенно в настоящее время обнаружено 5 типов кварков, в свободном состоянии они не наблюдались. Гипотеза об их существовании была высказана в 1964 г. американским физиком Гелл-Маном и австрийским физиком Цвейгом. Само слово имеет литературное происхождение и заимствовано из романа Дж. Джойса "Поминки по Финегану", где оно означает "неопределенное, мистическое", в поведении кварков это связано с тем, что, по-видимому, они обладают дробным электрическим зарядом.

Таким образом, мы можем сказать, что смена научной картины мира тесным образом связана с величайшими научными открытиями, которые в корне меняют представления человека об окружающем его мире, его устройстве и развитии.

Методология познания в естественнонаучной картине мира

Содержанием естественнонаучной картины мира являются, таким образом, основные идеи наук о природе, принципы, закономерности, не оторванные друг от друга, а составляющие единство знаний о природе, определяющие стиль мышления в науке на данном этапе ее развития и культуры в целом. Так на арену развития научной мысли выходит методология познания.

Методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Это необходимый компонент всякой деятельности. Учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности. Методология - это философское учение о методах познания и преобразования действительности. Это применение принципов мировоззрения к процессу познания, к духовному творчеству и практике. Это осмысление мира при критическом исследовании методов познания, разработка методов исследования на основе обобщения развития и творчества в целом, их теоретическое обоснование, выявление их места в системе средств познания, взаимосвязь методов различных наук. Метод как способ научного познания уравнивает способности людей, делает их деятельность единообразной, что является необходимой предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями. Но выбор методов во многом зависит от методологии познания.

Впервые основы методологии были заложены Аристотелем в "Метафизике", где открытые им формы и закономерности мышления получили значение норм для всякого последующего научного исследования и построения систем на многие века вперед.

В научном познании существует два основных методологических направления - идеализм и материализм. В зависимости от выбранной методологии познания ученый и выбирает методы достижения цели при решении конкретных задач.

Идеализм - это философское учение, утверждающее, что дух, сознание, мышление, психическое - первично, а материя - вторична. Идеализм возник более 2,5 тыс. лет назад. Он может быть объективным, когда считается, что духовное первоначало существует вне и независимо от человеческого сознания, и субъективным, когда духовное первоначало существует только в сознании субъекта.

Материализм - это философское направление, в основе которого лежит представление, что мир материален, существует объективно, вне и независимо от сознания человека; материя первична и ни кем не создана, существует вечно, а сознание и мышление - свойства материи, вторичны; мир и его закономерности познаваемы. Он возник в XVII в. как физическое учение, а в XVIII в. - признан философским направлением.

Именно выбор методологии лежит в основе объективных представлений об окружающем мире и является ареной идеологической борьбы в разработке естественнонаучной картины мира.

Многие ученые древности, эпохи Возрождения, а также XVII-XVIII вв. признавая материальность мира в вопросах поиска причин движения, его всеобщности и неотрывности от материи, приходили к идеализму, находя начало всеобщего движения в первотолчке. Такое признание равноправия двух начал - духа и материи - носит название дуализма (двойственный). Одним из самых типичных дуалистов античности являлся Аристотель. Он в решении вопроса о причинах движения материи отступает от материализма и признает, что главной движущей силой в природе является стремление к усовершенствованию - телеология, которое обеспечивает особая субстанция - энтелехия (нематериальное, фантастическое начало). В этом выразилась непоследовательность Аристотеля как философа-материалиста, хотя он признавал единство живой и неживой природы, видя единое простейшее начало (атом). Яркими представителями дуализма, но на идеалистических началах являлись Платон и позже Декарт. У Платона: тело зримо и ощутимо, душа (дух) незрима и неощутима. Тело, само по себе, неподвижно, душа заключает в себе движение, тело погибает от внешних причин, душа - нет. Душа во всем противоположна телу и есть существо неразложимое, неразрушимое, бессмертное и божественное.

По Декарту: существует субстанция двух родов - духовных и телесных. Основное свойство (атрибут) духовной - мышление, телесной - протяжение, дух и материя только конечные субстанции и в конечном итоге оба восходят к богу или бесконечной субстанции.

Во взглядах на человека в рамках дуализма существовала концепция психофизического параллелизма, то есть психическое и физическое существуют в человеке как два параллельных явления. В современных условиях тело и душа рассматриваются как два дополняющих друг друга способа проявления органической жизни.

В познании законов развития природы и человеческого общества выделяют такие методы как метафизика - метод, исходящий из количественного понимания развития и отрицающий саморазвитие, и диалектика - метод познания действительности в развитии и самодвижении. Само движение в диалектике осуществляется на основе внутреннего противоречия предмета. Диалектика признает постоянное становление и развитие явлений материального мира. Развитие в диалектике - не просто движение, под которым понимается любое изменение, а движение, конечным результатом которого является восхождение от простого к сложному, от низшего к высшему. Важнейшие категории диалектики: противоречие, количество и качество, случайность и необходимость, возможность и действительность. Определены три основные закона диалектики: единство и борьба противоположностей; переход количества в качество; отрицание отрицания.

Элементы диалектики в форме признания мира в постоянном движении, вечном возникновении и уничтожении были свойственны многим философским школам Китая и Индии, откуда они перешли в учение античных философов. В XVIII-XIX вв. возникает идеалистическая диалектика (признающая всеобщность движения при наличии первотолчка), позже появляется материалистическая диалектика. Уже у античных философов ставится проблема причинности (или факторов) развития. При решении этого вопроса ярко раскрываются особенности сторонников идей материалистического и идеалистического развития мира и природы. Первоначальная материалистическая трактовка причин движения выражалась в признании того, что все тела неживой и живой природы побуждаются к развитию своей внутренней особенностью - эндогенез. В этом заключается идея того, что причины движения надо искать в самой материи. Дальнейшее развитие материалистического объяснения причин движения связано с атомистами. Демокрит считал, что причина развития лежит в самой материи и заключается в движении атомов. Позже Эпикур (300 г. до н.э.) и Тит Лукреций Кар (60-е годы до н.э.), признавая несколько типов движения атомов, выделили самопроизвольное их движение как основу развития материи. С методологической точки зрения особенно интересны идеи Гераклита о движении, развитии как результате борьбы противоположностей.

В период господства механистической естественнонаучной картины мира разработка научной методологии является центром теоретической мысли. Поиски правильного, философски обоснованного метода стоят в центре исканий таких ученых, как Ф. Бэкон, Р. Декарт и И. Ньютон. Значение методологии в этот период подчеркивается тем, что сама философия стремится к естественнонаучной системности и точности.

В это время Ньютон изложил методологические концепции естественно-науч-ного познания:

- не принимать иных причин явлений, кроме тех, которые достаточны для объяснений;

- аналогичные явления относить к одной и той же причине;

- считать свойствами тел те, которые присущи всем доступным эксперименту телам.

Стремясь к системности и точности, философия в качестве образца использует математику. Механицизм выступает в качестве методологии естествознания, а математика дает единственный язык, на котором могут объясняться физики, химики и представители других наук. Еще Аристотель писал, что число есть промежуточное между частным предметом и идеей, а Галилей полагал, что "Книга Природы" написана языком математики. Не имея непосредственного отношения к реальности, математика не только описывает эту реальность, но и позволяет делать новые интересные и неожиданные выводы о реальности из теории, которая представлена в математической формуле. Истинность математики и ее пригодность для естествознания связаны с тем, что, по выражению Пуанкаре, механизм математического творчества не отличается от механизма какого-либо иного творчества. Но, по мнению многих методологов, законы природы нельзя сводить к написанию на бумаге математических соотношений. Эти соотношения надо понимать как вид организованности идеальных прообразов вещей или пси-функции. Было выделено три вида организованности: простейший - числовые соотношения; более сложный - ритмика 1-го порядка, изучаемая математикой теории групп; самый сложный - ритмика 2-го порядка - это "слово". Два первые вида организованности наполняют Вселенную мерой и гармонией, а третий - смыслом.

Проникновение в естествознание диалектических идей постепенно вытесняет метафизический метод познания. Развитие биологии на основе диалектических методологических представлений выявило не состоятельность идей механицизма.

Позже немецкий философ И. Кант выдвигает идею "трансцендентной методологии", которая должна вскрыть формальные условия системы чистого разума, в пределах которой только и возможна строгая наука. Кант отождествил границы разума с границами логики и отрицал ее объективность. Он анализирует структуру субъекта для решения вопроса, что же такое истинное знание, так как до него считали, что субъективное начало - помеха познанию. Отсюда и задача - установить различия субъективного и объективного элементов знания. Кант ищет эти элементы в самом субъекте и выделяет два уровня субъекта: эмпирический и трансцендентальный. К первому он относит индивидуально-психологические особенности человека, ко второму - всеобщие определения, составляющие принадлежность человека как такового. И именно второй уровень обусловливает объективность знания, так как является надиндивидуальным началом человека. В своей философии Кант переходит от метафизики субстанции к теории субъекта. Для него деятельность субъекта - основа познания, а предмет исследования - следствие. В основе теории познания Канта лежит формула "мы можем познать только то, что сами создали". Так как по Канту рассудок конструирует предмет сообразно формам мышления, это объясняет, почему предметы согласуются с нашими знаниями о них.

На смену критической (по отношению к механистической методологии) методологии Канта пришла методология Гегеля. Он показал, что логика развития есть объективная диалектика. Но объект логики он представил как абсолютно всеобщее, идею. Поэтому у Гегеля "Наука логики" рассматривается как методология, в которой систематически развертываются категории его метода - идеалистической диалектики.

Процесс формирования научной методологии завершился созданием диалектического материализма. Возникнув в условиях всестороннего развития науки, когда научное естествознание полностью освободилось от натурфилософских умозрений и опираясь на конкретно-научные теории основных форм движения материи, диалектический материализм стал философией нового типа - наукой о наиболее общих законах развития природы, общества и мышления, а в качестве таковой - общей методологией научного исследования любой конкретной науки. Диалектический материализм в современных условиях является содержательной логикой познавательного процесса - диалектической логикой. Диалектико-материалистическая методология не догма или серия рецептов, а руководство для живого, творческого процесса познания и преобразования мира в соответствии с его законами.

Таким образом, методология помогает уточнить и развить понимание естественнонаучной картины мира. С развитием науки степень познания ее законов изменяется и углубляется. Знания людей становятся все более соответствующими объективной реальности.

Электромагнитная картина мира

XIX в. стал эпохой в крушении механистической картины мира, которая в своей основе содержала разобщенность всех тел и явлений природы. Впервые Линней попытался формально объединить эти разобщенные тела в живой природе, а Ньютон пытался провести объединение и описать деятельность всех живых систем на основе своих законов механики, но в рамках механицизма это оказалось невозможным. Физики нуждались в смене физической картины мира и в существенном изменении представлений о материи, так как если бы мир был заводной гигантской игрушкой, то такая машина по законам термодинамики неизбежно должна была бы остановиться в связи с тем, что запас полезной энергии рано или поздно был бы исчерпан. Необходима была замена корпускулярных представлений о материи новыми, которые нашли отражение в континуальном (непрерывном) принципе описания природы. Такая замена была связана с изучением электрических и магнитных явлений. Поэтому новая естественнонаучная картина мира и получила название электромагнитной. В основе этой картины мира лежит представление об электромагнитном поле как о материальной среде, как о непрерывной материи, занимающей пространство. Почему открытие электромагнитной индукции привело к изменению взглядов на мир? Опытным путем было установлено, что при помещении магнита в катушку в ней возникает ток, то есть изменение магнитного поля порождает электрическое поле, которое существует в пространстве, занимаемом катушкой. В то же время при пропускании тока по проводнику возникает магнитное поле. Таким образом, электрополе и магнитное поле порождают друг друга, но могут существовать и независимо друг от друга. Согласно электромагнитной теории такие поля существуют в пространстве независимо от того, есть ли там электрические заряды и магниты или нет. По представлениям Максвелла весь мир заполнен электромагнитным эфиром, то есть силовые поля - это материальная субстанция. В мире нет пустоты, эфир является носителем электрических, магнитных и электромагнитных полей. На этом этапе все законы природы стали объяснять с позиции законов электромагнетизма, по которым вещества состоят из электрически заряженных частиц - атомов. Атом стал представляться делимой частицей, состоящей из частей с разноименными электрическими зарядами. С этой позиции стали понятными такие свойства атомов как валентность, излучаемый спектр. Позже делимость атома, его сложное строение подтвердились открытием электронов, рентгеновских лучей, радиоактивности. Была создана планетарная модель атома Резерфордом (1911), по которой ядром является положительнозаряженные протоны и вращающиеся вокруг них отрицательнозаряженные электроны. По системе таблицы Менделеева порядковый номер элемента равен положительному заряду ядра и количеству электронов вокруг него. В этой модели представлена диалектическая сущность атома как материального объекта: единство противоречивых субатомных частиц (электрона и протона) и переход от количества (число электронов и протонов) в качество (иные физические и химические свойства). На основе электромагнитных взаимодействий стало возможным объяснить тепловые и химические явления.

Позже, опытами Майкельсона, было опровергнуто наличие "эфира", в котором распространяются электрические и магнитные поля. Он пришел к выводу, что свет тоже является электромагнитным полем и еще одним видом материи. Для его распространения нет необходимости в наличии особой среды - эфира.

Изучение природы различных полей привело Эйнштейна к идее единого элементарного поля и к созданию теории относительности, в основе которой лежит постулат, что поле - это специфическая форма материи, осуществляющая перенос действий от одних заряженных частиц к другим. Это положение было подтверждено открытием взаимопревращения частиц вещества и элементов электромагнитного поля - фотонов. В своих размышлениях Эйнштейн пытался представить себе, что такое электромагнитное поле для наблюдателя, который летит за ним со скоростью света (300 тыс. км/с). Из этого он вывел важнейший физический постулат - луч света нельзя догнать; все, что движется со скоростью света, переходит в излучение. Свойства поля, факт изменчивости свойств частиц, их зависимости от движения он выразил в формуле соотношения энергии и массы: Е = mc2. Эти постулаты Эйнштейна позже были подтверждены работами русского физика Лебедева по изучению светового давления, а в современных условиях - экспериментами на ускорителях элементарных частиц при изучении их физических свойств. Теория относительности Эйнштейна показывает возможность взаимозависимости между энергией и материей: при очень больших энергиях частицы становятся неустойчивыми и превращаются в другие, более устойчивые в этих условиях.

Таким образом, электромагнитная картина мира отличается от механисти-ческой концепцией взаимосвязи всех явлений и процессов в природе через единство поля. В биологии идеи взаимосвязи между организмами и их эволюцией в пространстве и времени первым обосновал Ч.Дарвин, выразив процесс развития в формировании общей геохронологической картины эволюции.

В этих двух естественнонаучных картинах мира есть как общие, так и различные черты. Общим для них является признание существования неких материальных точек (тел или точечных зарядов), которые взаимодействуют друг с другом. "Поведение" всех объектов материального мира от физических до биологических, таким образом, является детерминированным. Основное же различие лежит в представлении о материи: в механистической - она дискретна, в электромагнитной - непрерывна. Однако сама электромагнитная картина мира, давшая толчок в создании теории относительности и планетарной модели атома, породила ряд противоречий, которые, в конце концов, привели к ее гибели.

Развитие электродинамики показало, что движущийся вокруг ядра атома электрон излучает энергию и должен, в конце концов, упасть на ядро. В 1913 г. Н.Бор предположил, что электрон, вращаясь вокруг ядра, излучает энергию непостоянно и что в атоме есть пути, на которых он не растрачивает энергию. Позже эти пути были названы стационарными орбитами, и только при переходе с одной орбиты на другую атом излучает энергию в виде кванта света. Так родилась квантовая механика. Квант - это минимальное количество, на которое изменяется любая физическая величина (действие, энергия и др.). С этого момента модель атома носит имя Резерфорда-Бора, и по ней стало возможным объяснить периодические изменения свойств атомов химических элементов. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль предложил рассматривать дискретное состояние атома как волновое явление, что объяснило, почему на стационарной орбите электрон не излучает энергии, так как стоячая волна не излучает и не поглощает энергии. Изучение волновых свойств частиц показало, что движение электронов не подчиняется законам Ньютона, так как они имеют двойную природу: корпускулярную и волновую (корпускулярно-волновой дуализм). Именно двойственная природа элементарных частиц свела воедино два противоречивых свойства материи: дискретность и непрерывность.

В современных условиях на ускорителях элементарных частиц экспериментально получают все новые и новые частицы, которые способны к различным взаимопревращениям. Атом действительно оказался неисчерпаем. Собственно и частицы нельзя назвать частицами. По выражению советского физика Ильченко, "в современной картине мира элементарная частица - это простейший элемент данного поля".

В биологии идеи квантовой механики оказались приложимы к разгадке гена. Было установлено, что ген, как и атом, дробим, и его части, расположенные линейно, могут самостоятельно изменяться.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причин-ности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов, что соответствует более глубокому уровню познания природных закономерностей. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга, сливаются в единый пространственно-временной континуум, зависящий от материи. Постепенно в естественнонаучной картине мира утверждается принцип глобального эволюционизма.

Современная естественнонаучная картина мира

В ходе исторического развития создавались различные естественнонаучные картины мира, сменяющиеся одна другой по мере накопления знаний человеком. В конце ХХ в. были совершены открытия в естествознании, которые носят поистине революционный характер и лежат в основе создания современной естественнонаучной картины мира:

- астрономия - модель Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной;

- геология - тектоника литосферных плит;

- физика - смещение точки отсчета от материи к энергии и от вещества к полю;

- теория относительности - относительность пространства и времени;

- квантовая механика - корпускулярно-волновой дуализм;

- биология - модели происхождения жизни;

- генетика - механизм воспроизводства жизни;

- экология - взаимодействие живого со средой;

- этология - формы поведения организмов;

- социобиология - соотношение естественного и социального;

- кибернетика - управление в живой и неживой природе;

- психология - роль бессознательного в человеческой психике.

Эти революционные открытия позволили сформулировать общие закономернос-ти развития естественнонаучной картины мира:

Эволюция природы (от Вселенной до кварков).

Самоорганизация (от неживых систем до биосферы).

Системность связи неживой природы, живой природы и человека (экология).

Имманентность природных систем пространству и времени (в теории относительности).

Относительность разделения на субъект и объект.

Появились новые общенаучные концепции: системный (предмет как система), структурный (изучение уровней организации), вероятностный.

На основе этого и была создана современная естественнонаучная картина мира (табл. 1), в которой объединены уровни организации матери и части пространства, которыми они представлены; науки, изучающие те или иные уровни организации и виды эволюции, в результате которых образовались эти уровни организации.

Таблица 1 - Современная естественнонаучная картина мира (Горелов, 1997)

Таким образом, научная картина мира в процессе исторического развития претерпела значительные изменения, которые были связана с ростом знаний человека об окружающей природе, о себе самом и о своем положении в единой системе живой и неживой природы. В своем развитии она прошла путь от преднаучной, когда нехватка знаний дополнялась умозрительными заключениями или мифами, до эволюционной, в которой развитие Природы описывается на основе синергетики и глобального эволюционизма.

В современной картине мира ведущее место отводится саморазвитию в природе, в ней присутствует человек и его мысль и естественнонаучное знание неразрывно с гуманитарным. Важнейшая особенность современной естественнонаучной картины мира - необратимость эволюционного процесса. Эволюция Вселенной, начиная с точки Большого Взрыва (точка сингулярности), шла по пути увеличения разнообразия мира, создания новых частиц, которые не существовали изолированно, а объединялись в новые целостности - атомы, молекулы, клетки и т.д., упорядоченно функционирующие по своим законам. Аналогично увеличение разнообразия науки должно сопровождаться интеграцией и ростом упорядоченности, а это связано со становлением науки как целостной интегративно-разнообразной гармоничной системы. Для современной науки становится характерной тенденция экологизации. Дальнейшее развитие естественнонаучной картины мира связано с тем, что наука станет более органичной частью культуры, и вся культура будет развиваться как одно целое и часть биосферы, становясь экологичной культурой.

Понятие материи. Движение - форма существования материи

Изучая все процессы и явления, проходящие на нашей планете, позже, проникнув в глубины космического пространства, человек пытался осмыслить единство мира, найти общую основу многообразия явлений, процессов, событий, происходящих вокруг. Сначала эта общая основа была названа философами субстанцией, которая обозначает внутреннее единство многообразия конкретных вещей, событий и явлений, посредством которых и через которые она существует. Под субстанцией понимали и материю, и дух.

В современном естествознании господствует диалектический материализм, согласно которому первична материя и весь мир вокруг нас материален. Диалектический материализм определил материю как объективную реальность, которая дана человеку в ощущениях, которая копируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. Из этого определения вытекает общий признак, который характеризует любые виды материи независимо от того, познаны они или еще нет. И этим общим признаком является свойство быть объективной реальностью и существовать вне нашего сознания.

В этом признаке предполагается неисчерпаемость материи, а представления о конкретной структуре и строении складываются в процессе познания и практики.

В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации. Любой объект материального мира может быть рассмотрен в качестве системы, то есть особой целостности, которая характеризуется наличием элементов и связей между ними. Системность предполагает изучение отдельно взятых объектов, процессов и явлений во взаимосвязи с другими. Это общий подход, основанный на том, что Вселенная в доступной человеческим наблюдениям области предстает как самая крупная из известных науке систем, имеющая свою историю от возникновения до наших дней и далее. На определенных этапах своего развития Вселенная создает разномасштабные подсистемы, характеризуемые открытостью и неравновесностью. Внешней средой для системы данного масштаба служит материнская система более крупного масштаба, с которой она обменивается энергией и веществом. Внешней средой вещественной Вселенной, скорее всего, выступает физический вакуум. Любая подсистема Вселенной, например, галактика, Солнечная система, планета, биосфера, человек и др., предстает как цельное естественное тело, обладающее определенной автономией и собственным путем развития, но остающееся неотъемлемой составной частью целого.

Разбирая процесс образования и эволюции Вселенной, мы выделили основные уровни организации неживой и живой природы: микро-, макро- и мегамиры. Материальные системы всегда взаимодействуют с внешним окружением. Некоторые отношения и связи элементов в этом взаимодействии меняются, но основные связи сохраняются и это основное условие существования системы как целого. Устойчивые связи (инварианты) и отношения между элементами системы и образуют ее структуру.

Любой объект материального мира уникален и нетождествен другому. Но, не смотря на уникальность объектов, они все же обладают общими признаками строения. Все разнообразие атомов устроено по единому плану - ядро и оболочка из электронов. Общий план строения и у молекул: от самых простых (водород), до белковых, это ядра атомов соединенные общими электронными оболочками. Клетки всех организмов тоже имеют единый план строения. Наличие общих признаков организации позволяет объединить различные объекты в классы материальных систем. Эти классы называют уровнями организации материи или видами материи. Все уровни материи генетически связаны между собой. Все материальные объекты делят на неорганические (неживая природа) и органические (живая природа, то есть по принадлежности организмам). Все они находятся в тесной взаимосвязи между собой, образуя в современной Вселенной единое целое. Возникновение человека привело к созданию "второй природы" или искусственной. Человек создал такие предметы и процессы, которые нереальны в природной среде. Эволюция искусственной природы возможна только в рамках человеческого общества, но оказывает огромное, все возрастающее влияние на естественную природу и на все процессы в биосфере, а в настоящее время и в ближайшем космосе.

История человечества - это особый этап развития материи, который и ставит вопросы возможности существования иных цивилизаций, путей их развития и космического будущего человечества.

Материальное единство мира имеет в своей основе двойственную природу: во-первых, материя имеет дискретное строение, то есть в ней есть различные вещи, процессы, явления и системы; во-вторых, иерархия отношений между системами выражается во включении менее сложных систем в более сложные и возникновении в более сложных специфических закономерностей, которые не сводятся к сумме менее сложных систем, входящих в более сложные.

Познание процессов развития живой и неживой природы приводит к пониманию, что в основе всего многообразия существующих явлений и процессов лежит движение материи. В науке исторически сложилось две концепции в понимании движения: 1) диалектическая, согласно которой движение есть способ существования материи и 2) метафизическая. Согласно первой концепции вне движения нельзя даже мысленно представить себе ни один материальный объект. Все, что можно сказать об объектах в конечном итоге сводится к раскрытию присущих ему движений. Вторая концепция имеет два подхода: а) метафизический субстанциализм, для которого объект - есть нечто само по себе, вне присущих движений; движение - нечто внешнее, налагающееся на объект, то есть субстанция абсолютизируется; б) идеалистический релятивизм, который отрицает субстанцию вообще и провозглашает чистое движение, существующее без носителя, здесь абсолютизируется дижение.

Естествознание рассматривает существование любого материального объекта только благодаря взаимосвязи образующих его элементов. Такая взаимосвязь приводит к изменению свойств, отношений и состояния. Изменение - это и есть движение. Поэтому под движением нужно понимать не только механическое перемещение тел в пространстве, но и любые взаимодействия, а также изменения состояний объектов, которые вызываются этими взаимодействиями. Движение - это и взаимопревращение элементарных частиц, и расширение Метагалактики, и обмен веществ в клетках, и обмен деятельностью между людьми в процессе их совместной жизни. Движение внутренне присуще материи. Оно также абсолютно, как абсолютна и сама материя. То есть, ведущим является диалектический подход и движение - есть способ существования материи.

Говорить о покое можно лишь относительно какой-то определенной точки отсчета. Здание покоится относительно поверхности Земли, но вращается совместно с ней вокруг оси и перемещается в пространстве относительно Солнца, а вследствие вращения Солнечной системы вокруг ядра галактики перемещается и оно, в результате расширения Вселенной вместе с галактикой удаляется от других галактик. Покой обозначает состояние движения, которое определяет стабильность предмета, сохранение его качеств. Поэтому покой относителен, а движение абсолютно.

Основные типы движения:

- движение, связанное с сохранением устойчивости предмета, его качеств: если принять во внимание постоянное движение электрона, то любая вещь в каждый конкретный момент изменяется или не тождественна себе (по Гераклиту "в одну и ту же реку нельзя войти дважды"), то есть в данном случае любая вещь рассматривается как процесс, в этом проявляется противопоставление вещи и процесса, устойчивости и изменчивости, но при этом качество предмета остается неизменным;

- движение, связанное с изменением качественного состава предмета: в одном случае это связано с его разрушением (древесину сожгли и остались угли и зола), в другом - из ряда предметов посредством их соединения образуется отличная по качеству новая система (два газа - кислород и водород, - соединяясь, дают новое качество - жидкость); в этом случае движение называют развитием.

Развитие - это особый вид изменения, являющийся необратимым и обязательно включающий в себя качественные преобразования. Оно характеризуется направленностью, поступательностью, преемственностью, моментами повторяемости, отрицанием старого и появлением нового, то есть развитие - это всегда процесс.

Развитие, как движение материи, имеет две разновидности:

1 Процесс качественных превращений, не выходящих за рамки соответству-ющего вида материи, определенного уровня организации: эволюция звезд, образование новых видов растений или животных и т.д.;

Процесс перехода от качества одного уровня материи к качеству другого уро-вня: переход от элементарных частиц к атомам и молекулам, от неорганической природы к органической, становление человека (разума) и развитие общества.

Форма движения материи, их взаимосвязь

Соответственно с иерархией форм материи существуют и разнообразные формы ее движения.

По Ф. Энгельсу формы движения могут быть:

- соотносимыми с уровнем организации материи: каждому уровню организации соответствует своя форма движения;

- между формами существует генетическая связь: высшие возникают на базе низших;

- высшие формы качественно несводимы к сумме низших.

Всего выделяют пять форм движения материи: механическая, физическая, химическая, биологическая и социальная. Их все можно разбить на три блока в зависимости от этапа развития материи: неживая природа (физическая и химическая); живая - биологическая и общество - социальная. Первая форма присуща всем уровням развития материи и является поэтому всеобщей.

Попытка сведения сложных форм движения материи к простым - механицизм.

Прослеживая связь между различными формами движения материи, была создана целостная картина развития Вселенной: возникновение различных уровней организации материи ведет к развитию все новых форм движения. В момент Большого взрыва, когда не было атомов и молекул, не было и форм движения, присущих им; в ходе физической и химической эволюции возникают и соответствующие им формы движения материи. Формирование галактик и планетных систем привело к возникновению сложных полимерных молекул - носителей жизни, сложились предпосылки к возникновению биологической формы движения, в связи с этим жизнь рассматривается как космическое явление. В процессе эволюции живой природы возникает социальноорганизованная материя и соответствующая ей форма движения, а следовательно, и она является космическим явлением, хотя и ограничена в своем распространении во Вселенной.

Понятие пространства и времени

Анализ различного рода природных явлений вполне естественно ставит вопрос об их происхождении и изменении. Поэтому возникает необходимость пространственной и временной характеристик этих явлений и тем самым анализа категорий пространства и времени.

Пространство и время являются всеобщими формами существования всех материальных предметов и процессов. В этом качестве они стали предметом научных интересов человека из-за того, что весь мир разделяется на отдельные вещи, которые относительно самостоятельны, взаимосвязаны между собой и находятся в постоянном изменении.

Понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического использования объектов, их объема и протяженности. Все предельно общие свойства, выражающие структурную организацию материального мира, то есть свойства объектов быть протяженными, занимать место среди других, граничить с другими объектами, выступают как наиболее общие характеристики пространства.

Если свойства абстрагировать из действительности, отделить от самих материальных объектов, то мы получим представление о пространстве как таковом. Понятие пространства имеет смысл лишь постольку, поскольку сама материя дифференцирована, структурирована. Если бы мир не имел сложной структуры, не расчленялся на предметы, а эти предметы не членились на элементы, связанные между собой, то понятие пространства не имело бы смысла.

Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, последовательной смены состояний предметов и круговорота различных процессов. Объекты материального мира находятся в движении и развитии, они представляют собой процессы, которые развертываются по определенным этапам. В них можно выявить некоторые стадии, сменяющие одна другую. Смена этих стадий может характеризоваться некоторой повторяемостью, длительностью. Сравнение различных длительностей может стать основой для количественных мер, выражающих скорость развертывания процессов, их ритм и темп. Если эти характеристики абстрагировать от самих процессов и рассматривать длительность как самостоятельные признаки процессов, то мы получаем представление о времени как таковом. Поскольку мир находится в состоянии движения и развития, то понятие времени имеет смысл; без движения и развития понятие времени бессмысленно.

Исходя из выше сказанного, пространство и время - это общие формы координации материальных объектов и их состояний. Пространство - это совокупность отношений, выражающих координацию сосуществующих объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину (расстояние и ориентация). Время - это совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состояний (явлений), их последовательность и длительность.

В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи и безотносительно к свойствам движущейся материи. Это субстанциональная концепция пространства и времени. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел, а время никак не учитывает реальные изменения, происходящие с ними, и поэтому выступает просто как параметр, знак которого можно менять на обратный. Иными словами, в механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность. Кроме того, пространство и время как формы существования материи изучаются отдельно и обособленно, вследствие чего их связь остается невыявленной.

В философии и науке пространство и время традиционно рассматривались как основные формы существования материи, ответственные за расположение ее отдельных элементов относительно друг друга и за закономерную координацию сменяющих друг друга явлений.

Для обыденного сознания характерно традиционное представление о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если бы даже материя исчезла. Такой взгляд привел к концепции абсолютного пространства и времени, получившей наиболее отчетливую формулировку в труде И. Ньютона "Математические начала натуральной философии". В нем пространство и время представлены как самодовлеющие элементы бытия, существующие вне и независимо от каких-либо процессов, как универсальные условия, в которые помещена материя. Данную концепцию называют концепцией "черного ящика". Этот взгляд близок к субстанциональной концепции пространства и времени, хотя они у Ньютона и не являются настоящими субстанциями, как материя. Они обладают лишь одним признаком субстанции - абсолютной самостоятельностью существования и независимостью от любых конкретных процессов. Но они не обладают возможностью субстанции порождать другие тела, сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Эти способности он оставлял лишь за материей, правда, и материя у Ньютона - вторична после Бога. Бог же внепространственен и вневременен, он неподвластен времени, в котором все изменчиво и преходяще. Поэтому, когда прекратится существование мира, вместе с ним исчезнут пространство и время.

В Новое время Лейбниц выдвинул реляционную концепцию пространства и времени, в которой пространство рассматривается как порядок сосуществования тел, а время - как порядок отношения и последовательность событий. Эта концепция противостояла пониманию пространства и времени как абсолютных и не зависящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу.

Есть концепции (Беркли, Мах, Авенариус, Кант и др.), которые ставят пространство и время в зависимость от человеческого сознания, выводя их из способности человека переживать и упорядочивать события, располагать их одно подле другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания, аргументируя это стабильностью геометрии Евклида в течение двух тысячелетий.

Проблема пространства и времени была тесно связана с концепциями близкодействия и дальнодействия. Дальнодействие представлялось как мгновенное распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному проведению. Концепция близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Фарадей, Френель) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространялся с конечной скоростью в виде волн. Позже это привело к понятию поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие.

Именно это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в рамках классической физики, было унаследовано и развито далее в ХХ в., после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную кон-цепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование. Прежде всего, Эйнштейн отказался от абсолютного пространства Ньютона. Он определил, что каждое движение тела происходит относительно определенного тела отсчета и поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точно указанной системе отсчета или координат. Следовательно, не существует никакого абсолютного расстояния, длины или протяженности, так же как не может быть никакого абсолютного времени. Поэтому для Эйнштейна пространство и время приобретают ясный смысл только после указания тех экспериментальных процедур, с помощью которых можно их проверить. Тем не менее, определение расстояния и времени по отношению к какой-то системе отсчета не говорит о том, что эти понятия имеют произвольный характер, устанавливаемый субъектом. Субъект лишь устанавливает и точно определяет объективное отношение, существующее между процессами, совершающимися в разных системах отсчета. Таким образом, вместо абстрактных рассуждений об абсолютном движении в теории относительности рассматривают конкретные движения тел по отношению к конкретным системам отсчета, связанным с конкретными телами.

Кроме того, теория относительности установила связь обособленных в классической механике понятий пространства и времени в единое понятие пространственно-временной непрерывности, или континуума.

Наиболее выдающимся подтверждением теории относительности в разработке пространственно-временного континуума был отрицательный результат опыта американского физика А. Майкельсона, предпринятый для проверки гипотезы о световом эфире. Согласно господствовавшим воззрениям все мировое пространство заполнено эфиром - особым веществом, являющимся носителем световых волн. Вначале эфир уподоблялся механической упругой среде, а световые волны рассматривались как колебания этой среды, сходные с колебаниями воздуха при звуковых волнах. Но эта механическая модель эфира в дальнейшем встретилась с серьезными трудностями, так как, будучи твердой упругой средой, она должна оказывать сопротивление движению небесных тел, но ничего этого в действительности не наблюдалось. В этой связи пришлось отказаться от механической модели, но существование эфира как особой всепроникающей среды по-прежнему признавалось. Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, Майкельсон решил измерить время прохождения светового луча по горизонтальному направлению движения планеты и направлению, перпендикулярному к этому движению. Если существует эфир, то время прохождения светового луча по горизонтальному и перпендикулярному направлениям должно быть неодинаковым, но никакой разницы в опытах установлено не было. Это стало решающим экспериментальным доказательством того, что никакого эфира как абсолютной системы отсчета не существует.