Тема 3 Возникновение экспериментального естествознания
Перемены в обществе и в науке
Развитие капитализма. Вторая половина XVI в. открыла в Западной Европе эру "Нового времени". Общественные изменения стали приобретать динамичный и радикальный характер. Старый феодализм уступал место юному капитализму Буржуазная собственность стимулировала машинное производство и соответствующую технику в виде ткацкого станка, домны, огнестрельного оружия, компаса и книгопечатного станка, часов и оптических инструментов Буржуазные революции политически закрепляли процесс освобождения личности от скрепов корпоративных структур (цехов, гильдий, кланов, общин и т.п.). Протестантизм и наука. Все это, безусловно, действовало и на положение науки. Но особую роль здесь сыграли два социально-культурных фактора: 1) реформация в религиозной жизни; 2) рационализация общественной деятельности. В середине XVI в. возникает протестантская разновидность христианства. Как оппозиция католической церкви она существенно ослабила давление религии на науку. Более того, протестантизм дал естествоиспытателю четкий ориентир на относительную самостоятельность. Наука сама по себе есть богоугодное дело, если ученье делают ее честно. Здесь речь идет о стратегических отношёниях, на фоне которых происходили и отдельные драматические со6ытия. (Так, по приказу одного из лидеров протестантов — Ж.Кальвина в 1553 г. был сожжен испанский ученый М.Сервет, создавший теорию кровообращения), Освобождение науки выразилось и в том, что в XVII и XVIII вв. возникают институты научного сообщества: академия Линчей (Италия, 1603), Лондонское королевское общество (1660), Парижская академия наук (1664), Берлинское научное общество (1300), Петербургская академия наук (XVIII в,).
Рационализация жизни. Как известно древние греки начали процесс широкой и интенсивной рационализации. Сделав ставку на разум, они искали и устанавливали гармонический порядок в хозяйственной жизни (мера), политике (демократический баланс интересов), искусстве (гармония прекрасного), науке (правильные фигуры космоса). В средние века церковь замедлила этот процесс, но капитализм его возрождению придал новые импульсы. Хозяйственные дела подчинились точной калькуляции с расчетом спроса и предложения, дебита и кредита. В политической жизни формируются правовые законы, устанавливающие баланс интересов личности и государства. В музыке развивается теория гармонии с понятиями контрапункта, хроматизма и энгармонизма. Что же касается науки, то общая тенденция рационализации сконцентрировалась здесь в эксперименте.
А. Рождение естественнонаучного эксперимента
Экспёримент является формой научной практики, где ученый на основе теории и с помощью приборов целенаправленно преобразует исследуемый объект и получаёт новое эмпирическое знание. В прошлом принцип противопоставления науки и практики делал невозможным эксперимент как типичную норму исследования. К XVII в. такой запрет рухнул, что и стало главным содержанием научной революций. Какие же причины породили ее?
1. Влияние ненаучной экспериментальной практики.
Судебная практика инквизиции. Один из парадоксов Средневековья состоял в том, что, преследуя паранаучные опыты (алхимия) и колдовскую практику (целительство, ворожба), Ватикан использовал свой вариант экспериментирования. Предметом испытаний (пытки) для судов инквизиции были различные люди, подозреваемые в ереси. В качестве орудий выступали инструменты пыток ("испанский сапог" и т.п.), вода и огонь. "Теорией" изуверской Практики служили типичные вопросы, разработанные на основе представлений о дьяволе и его кознях. В роли решающего эксперимента использовались эмпирические испытания на воде (подозреваемого привязывали к легкой дощечке) и в костре такая практика оставила сильный след в сознании ученых и философов. В лексиконе естествоиспытателей XVI—XVII вв. часто употреблялись термины: "следователь", "судья", "палач". Для книг итальянского физика Г.Галилея (1564-1642) типичное выражение: "Заставить природу отвечать на вопросы". Технологическая практика производства. В позднем средневековье ремесленные мастерские стремительно превращались в мануфактуры и потом в фабрики. Талантливые мастера-самоучки изобретали различные устройства и механизмы". Этот массовый Технологический опыт "заражал" и ученых. Технологический опыт искусства. Искусство возрождения соединило в себе рациональные эстетические образы и творческую практику. Скульпторы воплощали замыслы в мраморе, художники экспериментировали с красками, музыканты варьировали темперациями клавиров. Некоторые гении шли на синтез художника, Мыслителя и инженера. Такой фигурой был Леонардо да Винчи, начавший свой путь в мастерской Верроккьо.
2. Протестантизм разрешает проведение научных экспериментов.
Для католицизма любая связь исследования с практикой подозревалась в ереси. Иное отношение принесло с собой протестантское вероучение. М. Лютер и другие идеологи дали неформальное разрешение на проведение научных экспериментов. По их мне, человек — единственный носитель божественной души, предназначение которого состоит в разнообразном труде. Окружающая природа мертва и прёдставляет собой не прекрасный храм, а производственную мастерскую. С целью познания ее можно менять и трансформировать, но отчеты о результатах должны быть макси- мально честными.
3. Философское обоснование экспериментальной стратегии
Начиная с XIII в., представители английского эмпиризма вели критику схоластики за чрезмерное увлечение словом и логикой. И на этом основании они доказывали необходимость опытного познания. Своеобразную черту здесь подвел английский философ Ф.Бэкон (1561-1626). Отнеся схоластику с ее "путем паука" к "Идолам Площади и Театра", он отверг и простое наблюдение как "путь муравья" по случайным фактам, не ведущий к теории. Оптимален лишь "путь пчелы", т.е. эксперимент как целенаправленно организованный опыт. "Светоносный опыт" действует в узких, зато определенных границах, "поскольку природа вещей лучше обнаруживает себя в состоянии искусственной стесненности, чем в естественной свободе". Цепь спланированных в своей последовательности экспериментов дает индуктивное возвышение от фактов к теории.
4. От иерархии уровней к однородному и изотропному пространству.
Средневековая наука исходила из неравноценных уровней пространства, что соответствовало разноэтажному обществу. Буржуазия стала ломать сословные перегородки и рост социального равенства отразился и в научных представлениях о пространстве. Оно стало мыслиться однородным и изотропным (греч. isos — равый, tropos - место). Это существенно укрепляло стратегию эксперимента. Если в Италии проводились эксперименты, то его результаты могли проверить в Германии и Англии. Таким образом, Эксперимент приобретал свойство общей значимости для всего научного сообщества.
Б. Структура эксперимента
Уже при своем становлении эксперимент проявил сложность состава. Можно выделить лишь его крупные блоки.
1. Материальные операции .
Чтобы услышать голос природы, нужно создать определенные гениальные условия: изучаемый объект и соотвётствующие приборы. Последние могут быть весьма простыми. Так, Галилей осуществил серию экспериментов с гладкими шарами, скатывающимися по гладкой наклонной плоскости. И материальные действия здесь просты: поднимание шара, отпускание его, смена шаров и т.п. действия такого рода необходимы, но не они составляют суть эксперимента.
2. Работа органов чувств.
Чувственность экспериментатора обеспечиваёт различные функции: участие в материальных действиях и контроль за ними, наблюдение и участие в измерениях. Но и чувства зависят от чего-то более важного:
3. Мыслительная деятельность.
Основная нагрузка в эксперименте падает на интеллёкт ученого.
Сознание определяет действие приборов. Достаточно сложные приоры являются овеществленной силой знания. Маятник воплотил себе теорию периодических колебаний, и если его использовали как прибор, значит, владели и этой теорией. Кроме того, теория определяет превращение технического устройства в исследовательский прибор. После того, как Р.Бэкон дал теорию линзы (XIIIв.) очки быстро вошли в употребление, телескоп же появился лишь в конце XVI в., хотя у них не было принципиальной разницы. Все считали, что все на небе совершенно и идеально, значит оптический инструмент здесь не нужен. Галилей же усомнился же в идеальности небесны к тел и эта идея родила новый прибор телескоп.
Математическая теория даёт программу эксперимента.
Замысел определенного эксперимента вытекает из некоторой теории (гипотезы). Из нее выводятся предсказания фактов, которые и становятся определенным предметом поиска. Такая схема может быть проиграна только в уме без физических опытов. Историки физики отмечают, что многие опыты Галилея были мысленными экспериментами. Проверяемый математический закон он представлял в определенных условиях и путем содержательных умозаключений делал обоснованные выводы. Подобные мысленные опыты позволяли Галилею эффективно пользоваться идеализацией, т.е. игнорировать несущественные и второстепенные детали (сопротивление воздуха, размеры и форма тела, трение и т.п.). Все это говорит о том, что сущность эксперимента заключается в особых методах мышления.
В. Мировоззренческие новации
В Новое время происходят существенные перемены в мировоззренческих основаниях науки: В чем-то обновление протекает под влиянием самого естествознания, в остальном проявляется самостоятельная динамика мировоззрения. Но самое главное, начинается такой период, когда ученому уже не навязывают определенное мировоззрение, он может его выбирать сам.
1. От теизма к деизму.
Теизм в науке.В средневековой науке безраздельно царил теизм, т.в. теологическое учение, согласно которому Бог не только сотворил мир, но и по настоящее врёмя управляет им (осуществление божественного промысла). Одним из вариантов научного теизма стала телеология (греч. felos - цель), ведущее место в которой заняло аристотелевское учёниё о божественных целях. Так, французский физик П.Л. Мопертюи (1698 - 1759) обосновал оптический принцип наименьшего действия тем; что Бог через свои цели устремляет свет по кратчайшим расстояниям и приводит к минимальным действиям. Эту позицию критиковали российский академик Л. Эйлер (1707 - 1783) и французский физик Ж. Л. Лагранж (1736— 1813). Их основной довод сводился к тому, что в науке надо оперировать не целевыми стремлениями, а реальными действующими причинами.
Деизм и естествознание.Еще в Древней Грёции появился деизм (лат. deus — бог, т.е. учение, где боги не вмешиваются в дела природы и человека) Начиная с XVI в., деизм из периферийной и Второстепенной идеи прёвращается в ведущее учение. Его смысловое ядро сводится к следующей мысли сотворив природу и дав ей законы существования, Бог не влияет на ее дальнейшую жизнь. Это тот компромисс, который принес природе самостоятельность в настоящем и будущем. По мнению итальянского натурфилософа Ж.Бруно (1548-1600), природа сама есть внутренний мастер - она есть двигатель, дёйствующий изнутри".
Главноё достоинство деизма состояло в том, что Бог как источник чудес не мог внести свой произвол в дела природы. То законодательство, которое он предоставил природе в момент ее сотворения, не позволяет Богу нарушить его своими чудесами. Здесь чувствуется явное влияние нового социально-политического мировоззрения. Английский король уже потерял абсолютную власть, его волю ограничил парламент. На место произвола монарха пришла строгая обязательность правовых законов. Эту социальную необходимость по-своему и отразил деизм естествоиспытателей. Голландский физик С. Стевин (XVII в.) примечательными словами сопроводил схему наклонной плоскости с цёпью, демонстрирующую невозможность механического вечного двигателя: "Чудо не есть, чудо".
Бог — мировой часовщик.Каждый естествоиспытатель, принимавший деизм, вносил в его понимание свой стиль. Так, Г.Галилей полагал, что Бог, написавший Книгу Природы на языке математики, не может ее переписать заново и даже не может удалить ее некоторые страницы. Большинство же ученых склонялись к метафоре Бога как Мастера-часовщика. Великий творец сконструировал Механизм мировых часов, завел его и предоставил ему право самостоятельного движёния. Эту мысль хорошо выразил немецкий физик, математик и философ В.Г.Лейбниц (1646-1716): "... В природе не существует никакой мудрости и никакого стремления, чудный же порядок её происходит от того, что она есть Божий механизм". Ему вторил немецкий астроном И.Кеплер (15'~1-1630): "Моя цель состоит в том, чтобы показать, что небесная машина должна быть похожа не на божественный организм, а скорее на часовой механизм". Образ природы - часов хорошо вписался в формирующуюся механистическую картину мира.
Теизм дополняется деизмом. В ХVII в. и в начале XVIII в. деизм нередко сочетался с теизмом. Привлечение последнего чаще всего определялось тем, что какую-то проблему ученый не мог разрешить в рамках естественных причин и поэтому привлекал Бога. У Л. Эйлера Бог гарантировал сохранение количества материи, количества работы и энергии. Без постоянного вмешательства Бога эти фундаментальные характеристики природы признавались невозможными.
От деизма к атеизму. С развитием естествознания объем теизма сокращался. Так, в космологии И.Ньютона (1643-1727) Бог выполнял две функции: 1) первопричина движения планет солнечной системы; 2) субъект абсолютного пространства и абсолютного времени (у ньютонианцев Бог еще был причиной гравитационного дальнодействия). Французский естествоиспытатель Ж.Л.Л. Бюффон (1707-1788) предложил естественное решение проблемы происхождения солнечной системы. Божественный толчок уступил здесь место удару кометы: все планеты образовались из раскаленного вещества, выбитого из Солнца скользящим ударом кометы. И.Кант и французский физик П.С.Лаплас (1749-1827) выдвинули гипотетическую теорию, согласно которой все планеты возникли из газопылевого облака. Когда Наполеон Бонапарт спросил Лапласа, использовал ли он идею Бога в пятитомном труде "Небесная механика", тот ответил: "В этой гипотезе я не нуждался" И действительно, ведущей тенденцией развития естествознания стал процесс из этапов — устранение теизма, рост деизма и переход его в атеизм (греч. atheon — безбожие).
2. От Аристотеля к математизму Платона и атомизму Демокрита.
Смена философских авторитетов. Она происходила в позднее Средневековье и Возрождение. На фоне нараставшей критики взглядов Аристотеля актуализировались идеи пифагорейцев, Платона и неоплатоников. Первые в силу своей "биологичности" не согласовались с моделями механики, вторые же как раз им соответствовали своей ориентацией на математику.
Возрождение атомизма. К XVII в. наука востребовала и древнегреческий атомизм. Определенную роль в этом сыграла "атомизация" общества — утверждение частного капитала и становление индивидуализма. Данный процесс чутко уловил такой гениальный писатель как М.Сервантес (1547-1616). В испанском оригинале второй части "Дон Кихота" слово "атом" встречается десятки раз. Испанский мыслитель возродил атомизм на несколько десятков лет раньше француза Гассенди. У возрождения атомизма были основательные и внутринаучные причины, Без него динамика как теория механического движения была бы невозможна. На идее атомов построена идеализация тела как физической точки и сформировано ньютоновское понятиё массы - "количества материи", которое пропорционально числу атомов в объеме. Следует отметить, что у Ньютона атомы как неделимые образования сотворены Богом. И эта точка зрения была достаточно распространена в XVIII в. По-мнению М.В.Ломоносова, "метод философствования, опирающийся на атомы, совместили с идеей бога-творца". И все же демокрйтовско-эпикурейская концепция атомов имела безусловный перевес над теологической трактовкой.
В атомизме ученые видели несомненные достоинства мётода. Английский физик Т. Хэриот, одним из первых использовавший атомизм в объяснении такого оптического явления как рефракция, писал И. Кеплеру, что для того, чтобы проникнуть в двери Природы, следует сжаться до величины атома. Галилей полагал, что представление об атомах позволяет решить ряд вопросов: а) проблему связности частей твердого тела; б) вопрос о разреженности и сгущенности вещества. Но, может быть, самое главное - это определяющая роль атомизма в создании исчислёния бесконечно малых. Будучи учеником Галилея, итальянский математик Б. Кавальери (1598-1647) применил атомистический метод в геометрии и получил приемы предельного перехода между дискретными "моментами". Его трактат назывался: "Геометрия, изложенная новым способом при помощи неделимых непрерывного". Метод Кавальери использовал Ньютон при разработке теории флюксий (одного из вариантов исчисления бесконечно малых).
3. Математика - теоретический стержень экспериментального естествознания
Бог, и математика.Математика была своеобразным знаменем пионеров нового естёствознания. Ее основания многие ученые усматривали в Боге: По мнению учителя Ньютона И. Барроу, "Бог - это верховный гёометр". Такая трактовка предполагала, что Творец, создавая природу, внес в нее закономерный порядок из пространственных фигур и числовых отношений. Поэтому неудивительно высказывание Декарта о том, что слова "Бог" в науке можно заменить термином "математический план природы".
Математика развивается через физику.Итак, математика предназначена быть главным методом естествознания и, прежде всего, физики. В духе этой новой программы ученыё начали строить свои исследования. Изучая движение брошенных под углом тел, Галилей успешно применил теорию конических сечений, разработанную Аполлонием Пергским еще в III в. до н.э. Но для создания динамики требовалась такая математика, которая еще только зарождалась. Уже греческие элеаты своими апориями поставили проблему: "Как непрерывное перемещение в пространстве представить прерывными элементами?" Лейбниц и Ньютон почти одновременно создали варианты дифференциального и интегрального исчисления. И на этой основе был сформулирован основной закон динамики:
Механика Ньютона – это математическая физика.
4. Единство и однородность природы
1). От круговой орбиты к эллипсу.
Средневековые ученые оперировали иерархической модельно мира, где друг другу противостояли небесное и земное. Своей гелиоцентрической теорией Коперник нанес серьезный удар по данной картине. Земля стала одним из тел небесной механики. Но новая теория плохо согласовывалась с результатами наблюдений. Данный конфликт успешно разрешил немецкий астроном И.Кеплер (1571-1630).
Еще будучи студентом теологического факультета Тюбингенского университета, юный Кеплер проявил широкие познавательные интересы, увлекаясь математикой, астрономией, музыкой и поэзией. В гимназии он прёподавал астрономию, математику, риторику и поэзию Вергилия. В его мировоззрении лютеранская вера сочеталась с пифагорейским учением о музыкальной мировой гармонии. Став ассистентом астронома Т.Браге, Кеплер прошел строгую школу научного эмпиризма, что в итоге дало в нем сочетание мировоззренческого воображения с требованием обязательного учета фактов. Большой массив наблюдательных данных вынуждал к изменениям теории. Кеплер был убежден, что теория Коперника в сути своей истинна и она соответствует мировой гармонии. Поэтому для ее сохранения в творческих муках он заменил традиционный круг, представлявший траекторию планет, эллипсом. Правильная фигура, господствовавшая над умами астрономов две тысячи лет, уступила место другой правильной фигуре. И благодаря этому гелиоцентрическая схема стала изумительно простой и соответствующей всем астрономическим фактам.
2). Открытие законов неба
Вслед за законом эллиптической траектории движения планет Кеплер открыл еще два закона. Факты показывали, что допущение древних ученых о том, что все планеты движутся по орбитам с постоянной скоростью, ошибочно. И здесь ученый от простой регулярности перешел к более сложному порядку. Постоянна секторная скорость, при которой площади, отсекаемые за одинаковое время отрезком, проведенным от Солнца к планете, равны.
Расстояния между планетами и Солнцем непрерывно меняются. И опять же Кеплер был убежден, что и здесь существует закономерный порядок. К фактам наблюдения он применил математические принципы и пифагорейскую идею "музыки сфер". В рёзультате родился третий закон:
T2=kD2, гдеT– период обращения планеты вокруг солнца;
D– среднее расстояние от солнца;
k– коэффициент постоянный для всех планет.
Второй и третий законы примечательны тем, что в их геометрических и числовых соотношениях начинает явственно проступать механика, родственная земной физике. Такое сближение нужно было развить и придать теории Коперника физическое обоснование. Эту задачу начал решать Галилей.
3). Принцип относительности
Еще в древности против гелиоцентризма выдвигались физико-эмпирические доводы. Если земля движется вокруг Солнца и движение тела пропорционально его весу, то почему Земля не оставляет за собой более легкие тела (воздух, облака, летящих птиц и т.п.) ? Почему никто из людей не ощущает суточного вращения Земли и ее обращения вокруг Солнца? На все эти вопросы Галилей ответил установленным им (одновременно с Декартом) принципом относительности. Согласно последнему, на основе механических наблюдений, осуществляемых внутри определенной системы (каюта внутри корабля, планета Земля и т.п.), невозможно установить, находится ли эта система в покое или в равномерном прямолинейном движении. Стало быть, обитатели Земли не в состоянии воспринять ее движение. Так, общефизическим принципом Галилей защитил астрономию Коперника.
4). Единство неба и земли
Галилей сделал и другой важный шаг в сторону сближения небесного и земного миров. Это началось в 1609 г., когда он направил подзорную трубу в сторону неба, преодолев тем самым: а) обыденный предрассудок относительно линз, которые якобы "обманывают"; б) предубеждение ученых к механическим искусствам; в) догму об идеальной природе неба. Посредством нового научного прибора были установлены следующие факты: 1) на Луне имеются горы и долины; 2) у Юпитера есть четыре спутника; 3) существование фаз Венеры; 4) пятна на Солнце; 5) в"туманностях" звезды рас- сеяны различным образом. Все это доказывало единство небесного и земного.
Решающий шаг выпал на долю Ньютона. Он поставил проблему — найти закон, управляющий движением земных и небесных тел. В ходе ее решения Ньютон рассуждал примерно так. По закону инерции планеты должны двигаться равномерно и прямолинейно. Если они движутся по эллипсам, значит на них действует какая-то сила. Уже было известно, что Земля и Солнце притягивают тела, обладающие массой. Может быть, сила притяжения универсальна? Нельзя ли ей придать математическую форму? Ньютон читал трактат своего соотечественника Р.Гука (1635-1703), где указывалось, что сила притяжения двух тел обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, далее путем собственных рассуждений Ньютон открыл искомую формулу:
Закон всемирного тяготения окончательно объединил небо и землю в единую природу.
5. Функциональность законов природы и лапласовский детерминизм
1). Не почему, а как?
В средние века схоластики ориентировались на логическоё выявление "скрытых качеств" и целевых причин. для них был типичен вопрос: "Почему так происходит? Какова природа явления?" Галилей предложил другой подход. Математический план природы складываётся из множества функциональных связей между изменчивыми физическими свойствами. Последние открыты для эмпирического измерения, а сама функция выражается математической формулой типа:
y=f(x);y– зависимая переменная;
f– знак функциональной зависимости;
x– независимая переменная.
Такой метод описания Галилей применил к явлению свободного падения тел на Земле. Допустим, каменное ядро сбрасывается с башни. Независимой пёременной здесь будет время, отсчитываемое (изменяемое) с начала падения ядра, зависимой переменной — проходимое расстояние. Функцию или математическое соотношение между ними Галилей установил в виде формулы:
С Галилея формой научного закона стала математическая функция: y=f(х). Античным ученым понятие функции было неизвестно, оно намечается в алгебре арабов и уточняется в трудах итальянских алгебраистов XVI в. Декарт и Ньютон использовали это, представление, в современной же форме функцию представил Лейбниц (1695 г.). В дальнейшем содержание функции усложняется, независимых переменных становится большё, они обретают форму частных производных (исчисление бесконечно малых).
2). Научный закон и экспериментальная проверка.
Даже в простой форме функциональный количественный закон нельзя подвергнуть полной экспериментальной проверке, так как область значений независимой переменной представлена несчетным множеством. И это тем более верно для законов с уравнениями в дифференциальной форме и в частных производных. Здесь - требуются гипотезы о природе функций с оценками ёе нёпрерывности или аналитичности. Такие допущения ведут к установлению определенных начальных условий, делающих возможным решение системы дифференциальных уравнений.
З). Лапласовский детерминизм и механицизм
Метод функционального анализа дал блестящие результаты в ряде областей физики и, особенно, в математичёской астрономии. Исходя из этого научного опыта, Лаплас сформулировал принцип, получивший название лапласовского детерминизма. Его содержание сводится к ряду положений:
а) все связи в природе имеют функциональный или механический характер; б) будущие следствия, однозначно вытекают из настоящих причин; в) для природы в целом совокупная причина представлена огромным множеством начальных условий, и если бы некий Ум их знал, то система уравнений давала бы уму исчерпывающие сведения о будущих состояниях мира.
Ум, о котором упоминает Лаплас, не имеет никакого отношения к Богу. 3десь выражается познавательный сверхоптимизм ученого, что в принципе (в далекой перспективе) у человечества в лице науки возможно точное знание будущих состояний природы. Примечательно, что такой прогноз строится на постулировании однозначной связи причины и следствия, а также на отождествлении функциональной зависимости с механической связью. Эти идеи во многом определили содержание механистической картины. Лапласовский детерминизм стал одним из мировоззренческих выводов, сделанным из научной теории.
6. Мировоззренческий смысл новой механики
Инерциальное движение так же естественно для природы, как и покой. И.Ньютон обобщил результаты своих предшественников, начиная с Галилея, и создал механику как фундаментальную теоретическую систему. В нее вошли три закона динамики и закон всемирного тяготения. Первый закон выразил инерцию как бессиловое состояние, уравнивающее покой и равномерное, прямолинейное движение. Это положение опровергало умозрительные догмы Аристотеля. По его мнению, если покой естественен, то движение насильственно, ибо требует двигателя. Согласно же закону инерции движение (равномерное и прямолинейное) так же естественно для материи, как и покой, потому что оба состояния не требуют внешних сил (или двигателей) и в этом они равноценны.
Сила и инерция не выходят за рамки взаимодействия. Древнегреческие стоики в своей физике исходили из того, что природа стремится к самосохранению своих состояний. Схоластики пересмотрели это положение, возложив функцию сохранения на Бога. В новой механике натурфилософской идее стоиков придана научная форма. Любое тело природы обладает внутренней способностью сопротивляться изменениям своего механического состояния, т.е. оно имеет инерционную массу. Для изменения этого состояния требуется определенное внешнее воздействие или сила, что и утверждает второй закон. Согласно третьему закону, механические действия двух тел друг на друга между собою равны и противоположны по направлению. Данное положение развенчивало схоластические однонаправленные тенденции, вытекавшие из иерархической картины мира. Согласно средневековым представлениям, ведущий ток влияний идет от высших уровней (божественный мир), низшие же могут только стремиться к ним. Третий закон, главной моделью которого стала динамика удара, уравнял права взаимодействующих тел.
7. Механицизм как мировоззренческая картина мира и методологическая программа.
Механика и механицизм.Механика отвечает всем строгим критериям научной теории и поэтому называется классической. Но на ее основе возникла мировоззренческая надстройка в видё механицизма. Его суть в огрубленном виде можно свести к тезису о том, что все в мире механично и отсюда вытекает правило — все необходимо объяснять законами и идеями механики. Здесь есть и свои доводы. Все сложные процессы, в том числе жизнь и человеческая история, включают в себя механические перемещёния. Механика была применена к очень широкому кругу различных явлений природы и в большинстве случаев принесла плодотворные результаты. Почему бы ей не быть универсальной "отмычкой" науки?
Механицизм и универсальное пространство. Истоки механицизма можно связать с некоторыми мировоззренческими идеями Р.Декарта. В качестве одного универсального свойства материи он признавал протяженность или пространство. Отсюда вытекало преимущество геометрии как всеобщего метода науки (Декарт является основоположником аналитической гёометрии). Если всякое движение является механическим перёмещением тел в некоторой среде, то все живое сводится к тем или иным способам машинообразного функционирования. Стало быть, растения, животные и даже человек, суть сложные машины.
Плюсы механики и минусы механицизма (редукционизма).Применение механики в исследовании, жизни дало определенные положительные результаты. Теория кровообращения английского физиолога У.Гарвея (XVII в.) явно навеяна идеей механического кругооборота. Принцип рефлекса (определенное воздействие внешней среды вызывает в организме соответствующую реакцию), выдвинутый Декартом, также обусловлен моделью машины. Этот список достижений можно продолжить, но важно и другое. С механицизма в науке начинает формироваться более общая методологическая стратегия — редукционизм (лат. rёductio — возвращение). Этот метод предлагает сводить сложное к простому, целое к части, сохраняя данную установку и в будущем. Идеализирующее упрощение и абстрагирование из относительных правил здесь возводятся в абсолют. Механицизм как форма редукционизма не замечает принципиальных границ действия механики и тем самым , игнорирует всю сложность немеханического. Этот методологический изъян остро проявился в XVIII в. и после него.
8. Разнообразие флюидов или движение атомов?
Идея тонкого вещества. К XVIII в. активизировалась научное освоение немеханических явлений — тепловых, химических, электрических и магнитных процессов. Многообразие фактов требовало теоретического обобщения. Для этой цели была создана флюидная концепция. Представление о флюиде (лaт. fluidus — текучий) указывало на вещество со следующими признаками:
— подвижно-тонкое образование, подобное газу и жидкости;
— невесомость или отсутствие веса;
— невосприимчивость органами чувств.
Теплород — флогистон – эфир.Флюиды существенно дополнили мир природных явлений, состоящих из, "грубой" и весомой материи. Каждой группе явлений "тонкого" вещества был подобран свой флюид. Тепловой флюид стали называть теплородом; Флюид, участвующий в горении получил название флогистона (лат. phlogistos — зажженный), В качестве магнитного и светового флюида признавался эфир. Многих ученых удовлетворяло то, что их выбор оставался в рамках природы. По мнению Л.Эйлера, "гипотеза эфира лучше, чем приписывание действия магнита духу..."
Древний образ природных стихий и флюиды. Учение о флюидах имело свои причины. Средневековые ученые через Аристотеля усвоили древнее представление о стихиях-элементах (огонь, воздух и т.д.). Вещество здесь сведено к макроуровню (тела относительно больших размеров). На этот выбор повлияло и то, что в механике наиболее разработанными оказались теории непрерывных сред — газов и жидкостей. Перенос идеи тонкого и текучего вещества, которая уже хорошо себя зарекомендовала, на другие явления был вполне оправданным. Тем более; что флюидные представления поначалу дали плодотворные результаты. Так, "двух - жидкостная" модель электричества успешно объясняла большой круг Фактов.
Флюиды не объясняют динамику взаимопереходов. Пока немеханические явления изучались отдельно друг от друга и в центре внимания были проблемы сохранения отдельных характеристик, флюидная концепция играла, в основном, положительную роль. Но когда стали изучаться взаимопереходы механических, тепловых, электрических и магнитных, процессов, сразу же обнаружилась ее ограниченность. Это ярко продемонстрировали исследования теплоты.
На основе представления о теплороде возникло понятие теплоемкости, открыто явление "скрытой теплоты". Английский физик и химик Дж. Блэк писал типичные для своего времени уравнения:
Лед - теплород = вода, вода - теплород = пар: Идея теплорода вплелась в ткань правильной математической теории потока теплоты.
Учение о теплороде так или иначе справлялось с явлениями тепловой статики, но пасовало пёред динамикой тепла и, особенно, его возникновением в ходе трения (загорание деревянных осей телег и карет от трения о втулку колеса, выделение большого тепла при сверлении пушечных стволов и т.п.). Здесь механическое движение порождает теплоту и это следует объяснять иной концепцией.
Атомизм хоронит флюидную концепцию. Основная идея такой концепции уже была в мировоззренческой картине науки. Речь идет об атомизме, который был востребован для построения динамики. Теперь надо было применить его за рамками механики и найти должную конкретную форму. Почему же атомизм не сразу завоевал своих сторонников? Дело в том, что эмпирические факты никак не указывали на прерывность носителей тепла, электричества и других подобных процессов. Только тогда, когда флюидная гипотеза стала давать осечку за осечкой и критическое отношение к ней возросло, ученые обратились к атомизму. Сначала их было очень мало - Декарт, Гук, И. и Д. Бернулли - и в это число вошел М.В. Ломоносов. Он был убежден в том, что "теплота тел состоит в движении частиц, ускользающих от чувства зрения, то есть во внутреннем движении" . Благодаря атомистическому методу Ломоносов создал кинетическую теорию теплоты и ею объяснил упругую силу газов, предсказал специфические отступления от закона Бойля - Мариотта, возникающие вследствие конечного радиуса молекул. Также он выдвинул гипотезу о существовании абсолютного нуля температуры и обосновал представление о превращении механического движения в теплоту. В дальнейшем кинетическая теория, получив математическую форму, быстро вытеснила флюидную концепцию.
Конец флогистона. Своеобразным путем произошел отказ от флогистона. Поначалу его признавало большинство химиков. Французский естествоиспытатель А.Л.Лавуазье (1743 - 1794) относил его к химическим элементам, наряду с теплородом. Процёсс горения объяснялся тем, что уходящий из веществ флогистон оставляет после себя окиси. Когда Дж. Пристли в открыл кислород, то газ был сначала назван "дёфлогистированным воздухом". Многочисленные опыты на открытом воздухе и в герметически закрытых сосудах с взвешиванием до горения и после него вынудили Лавуазье отказаться от идёи флогистона. И после этого горение было интерпретировано в виде окислёния, т.е. соединения некоторого вещества с кислородом воздуха. Здесь влияние атомизма было косвенным.
Г. Элементы нового стиля мышления.
Как всегда, изменения в мировоззренческой картине дополнились переменами в стиле научного мышления.
1. Исследование начинается с проблемы
Исходное состояние ученого - не вера, а сомнение.Схоластика утверждала догматический стиль познания — начинать исследование с авторитетных положений. Новое естествознание эту традицию отвергло и стало утверждать проблемный стиль. Такая перемена нашла свои аргументы в философской методологии. По мнению Ф.Бэкона, свое исследование ученый должен начинать с критики того, что оставили ему предшественники. Главная причина данного неприятия — наличие идолов познания. С этим солидарен и Р.Декарт с той лишь разницей, что в зону критики следует поместить еще и чувственные мнения. Ученый должен вооружиться универсальным принципом сомнения, ибо схоластика оставила после себя большие массивы заблуждений. В ходе их отрицания следует восстановить те проблемы, на которые даны ошибочные ответы. Если задача является сложной и комплексной, необходимо разделить ее на ряд вопросов и решать их последовательно.
Передача проблем по переписке.Особый вклад в утверждение проблёмного стиля в европейскую науку XVII в. внес француз М. Мерсенн. Его по праву считали "секретарем ученой Европы", ибо все известные ученые вели с ним переписку. Хорошо ориентируясь в естествознании, Мерсенн сам формулировал некоторые проблемы или брал задачу от одного адресата и знакомил с нёю остальных ученых. Благодаря такому информированию проблемы решались относительно быстро.
2. "Не измышлять" гипотезы, а выдвигать их на основе фактов и математики.
Гипотез же я не измышляю!Данное утверждение принадлежит Ньютону. Буквально этот тезис принимать нельзя, ибо современные исследователи насчитывают в его трудах до девятнадцать гипотез мировоззренческого и физического характера. Из контекста приведённого высказывания видно, что Ньютон полемизировал с Декартом, Стало быть, надо выяснить различие их стилей гипотезирования.
Не описывать (как), а объяснять (почему). Декарт не принял того стиля исследования, который был предложен Галилеем: Если последний удовлетворился математическим описанием закона падения, то первый полагал, что еще не выявлена природа тяготения. При всем неприятии схоластики Декарт сохранил ее стиль производства догадок. Речь идет о "пути паука", где факты и даже математические методы несущественны, так как теоретик подобно пауку может ткать паутину теории из своего разума. Этот путь Декарт реализовал, умозрительно сконструировав гипотетическую модель вихрей и представив ею сущность тяготения. Здесь был минимум фактов и математики, зато максимум качественных соображений.
Не объяснять, а описывать то, что дает путь пчелы.Совершенно иначе поступил Ньютон, принявший методологическое правило Галилея. Обобщив закон падения и законы Кеплера, он вывел математический закон, который хорошо согласовался с фактами. Правда, здесь силу тяготения приходилось считать дальнодействующей, что противоречило совокупному эмпирическому опыту или "здравому смыслу". Но в условиях отсутствия должных фактов Ньютон не стал исследовать возможный "механизм" тяготения, ограничившись формулой — законом. На этом фоне декартовская гипотеза вихрей вполне "здрава", так как построена на близкодействии. Но у нее нет эмпирической основы и математического закона — функции. Последующее развитие физики показало правильность ньютоновского "пути пчелы", на котором выдвигаются только эмпирически и математически обоснованные гипотезы.
3. Объектная парадигма.
Наука должна дать картину объекта и только объекта.Если проблема выражает начало исследования, гипотеза — его середину, то к каким конечным результатам стремились естествоиспытатели Нового времени? Конечно, критерии нормального научного знания еще только формировались, но Декарт гениально угадал основную тенденцию. Он представил познавательную схему, где субъект (ученый) противостоит объекту (природе). Здесь предполагается актинизм экспериментатора и теоретика, которые стремятся овладеть объектом. Однако все действия научного субъекта должны привести к точному воспроизведению объекта без всяких субъективных добавок и следов. Научное знание должно быть объективным и, стало быть, истинным. В результатах науки не надо указывать на то, какими средствами и методами они получены. Такая установка в естествознании сохранилась до начала ХХ в.
