1. Предмет исследования естественных наук.
реклама
Классификация наук по предмету исследования По предмету исследования все науки делятся на естественные, гуманитарные и технические. Естественные науки изучают явления, процессы и объекты материального мира. Этот мир иногда называется внешним миром. К данным наукам относятся физика, химия, геология, биология и другие подобные науки. Естественные науки изучают и человека как материальное, биологическое существо. Одним из авторов представления естественных наук как единой системы знаний был немецкий биолог Эрнст Геккель (1834—1919). В своей книге «Мировые загадки» (1899) он указал на группу проблем (загадок), которые являются предметом изучения, по существу, всех естественных наук как единой системы естественно-научных знаний, естествознания. «Загадки Э. Геккеля» можно сформулировать следующим образом: как возникла Вселенная? какие виды физического взаимодействия действуют в мире и имеют ли они единую физическую природу? из чего в конечном итоге состоит все в мире? чем отличается живое от неживого и каково место человека в бесконечно изменяющейся Вселенной и ряд других вопросов фундаментального характера. На основании вышеизложенной концепции Э. Геккеля о роли естественных наук в познании мира можно дать следующее определение естествознания. Естествознание — это система естественно-научных знаний, создаваемая естественными науками в процессе изучения фундаментальных законов развития природы и Вселенной в целом. Естествознание является важнейшим разделом современной науки. Единство, целостность естествознанию придает лежащий в основе всех естественных наук естественно-научный метод. Гуманитарные науки — это науки, изучающие законы развития общества и человека как социального, духовного существа. К ним относятся история, право, экономика и другие аналогичные науки. В отличие, например, от биологии, где человек рассматривается как биологический вид, в гуманитарных науках речь идет о человеке как творческом, духовном существе. Технические науки — это знания, которые необходимы человеку для создания так называемой «второй природы», мира зданий, сооружений, коммуникаций, искусственных источников энергии и т. д. К техническим наукам относятся космонавтика, электроника, энергетика и ряд других аналогичных наук. В технических науках в большей степени проявляется взаимосвязь естествознания и гуманитарных наук. Создаваемые на основе знаний технических наук системы учитывают знания из области гуманитарных и естественных наук. Во всех науках, о которых говорилось выше, наблюдается специализация и интеграция. Специализация характеризует глубокое изучение отдельных сторон, свойств исследуемого объекта, явления, процесса. Например, эколог может посвятить всю свою жизнь исследованию причин «цветения» водоема. Интеграция характеризует процесс объединения специализированных знаний из различных научных дисциплин. Сегодня наблюдается общий процесс интеграции естествознания, гуманитарных и технических наук в решении ряда актуальных проблем, среди которых особое значение имеют глобальные проблемы развития мирового сообщества. Наряду с интеграцией научных знаний развивается процесс образования научных дисциплин на стыке отдельных наук. Например, в ХХ в. возникли такие науки, как геохимия (геологическая и химическая эволюция Земли), биохимия (химические взаимодействия в живых организмах) и другие. Процессы интеграции и специализации красноречиво подчеркивают единство науки, взаимосвязь ее разделов. Разделение всех наук по предмету изучения на естественные, гуманитарные и технические сталкивается с определенной трудностью: к каким наукам относятся математика, логика, психология, философия, кибернетика, общая теория систем и некоторые другие? Вопрос этот не является тривиальным. Особенно это касается математики. Математика, как отмечал один из основателей квантовой механики английский физик П. Дирак (1902—1984), — это орудие, специально приспособленное для того, чтобы иметь дело с отвлеченными понятиями любого вида, и в этой области нет предела ее могуществу. Знаменитому немецкому философу И. Канту (1724—1804) принадлежит такое утверждение: в науке столько науки, сколько в ней математики. Особенность современной науки проявляется в широком применении в ней логических и математических методов. В настоящее время ведутся дискуссии о так называемых междисциплинарных и общеметодологических науках. Первые могут представлять свои знания о законах исследуемых объектов во многих других науках, но как дополнительную информацию. Вторые разрабатывают общие методы научного познавания, их называют общеметодологическими науками. Вопрос о междисциплинарных и общеметодологических науках является дискуссионным, открытым, философским. Теоретические и эмпирические науки По методам, используемым в науках, принято делить науки на теоретические и эмпирические. Слово «теория» заимствовано из древнегреческого языка и означает «мыслимое рассмотрение вещей». Теоретические науки создают разнообразные модели реально существующих явлений, процессов и объектов исследований. В них широко используются абстрактные понятия, математические вычисления и идеальные объекты. Это позволяет выявить существенные связи, законы и закономерности исследуемых явлений, процессов и объектов. Например, для того чтобы понять закономерности теплового излучения, классическая термодинамика использовала понятие абсолютно черного тела, которое полностью поглощает падающее на него световое излучение. В развитии теоретических наук большую роль играет принцип выдвижения постулатов. Например, А. Эйнштейн принял в теории относительности постулат о независимости скорости света от движения источника его излучения. Этот постулат не объясняет, почему скорость света является постоянной, а представляет собой исходное положение (постулат) данной теории. Эмпирические науки. Слово «эмпирический» произведено от именифамилии древнеримского медика, философа Секста Эмпирика (III в. н. э.). Он утверждал, что только данные опыта должны лежать в основе развития научных знаний. Отсюда эмпирический означает опытный. В настоящее время это понятие включает в себя как понятие эксперимента, так и традиционные методы наблюдения: описание и систематизация фактов, полученных без использования методов проведения эксперимента. Слово «эксперимент» заимствовано из латинского языка и означает в буквальном переводе проба и опыт. Строго говоря, эксперимент «задает вопросы» природе, т. е. создаются специальные условия, которые позволяют выявить действие объекта в этих условиях. Между теоретическими и эмпирическими науками существует тесная взаимосвязь: теоретические науки используют данные эмпирических наук, эмпирические науки проверяют следствия, вытекающие из теоретических наук. Нет ничего более эффективного, чем хорошая теория в научных исследованиях, и развитие теории невозможно без оригинального, творчески продуманного эксперимента. В настоящее время термин «эмпирические и теоретические» науки заменен более адекватными терминами «теоретические исследования» и «экспериментальные исследования». Введением этих терминов подчеркивается тесная связь между теорией и практикой в современной науке. Фундаментальные и прикладные науки С учетом результата вклада отдельных наук в развитие научного познания все науки подразделяются на фундаментальные и прикладные науки. Первые сильно влияют на наш образ мыслей, вторые — на наш образ жизни. Фундаментальные науки исследуют самые глубокие элементы, структуры, законы мироздания. В XIX в. было принято называть подобные науки «чисто научными исследованиями», подчеркивая их направленность исключительно на познание мира, изменение нашего образа мыслей. Речь шла о таких науках, как физика, химия и другие естественные науки. Некоторые ученые XIX в. утверждали, что «физика — это соль, а все остальное — ноль». Сегодня такое убеждение является заблуждением: нельзя утверждать, что естественные науки являются фундаментальными, а гуманитарные и технические — опосредованными, зависящими от уровня развития первых. Поэтому термин «фундаментальные науки» целесообразно заменить термином «фундаментальные научные исследования», которые развиваются во всех науках. Прикладные науки, или прикладные научные исследования, ставят своей целью использование знаний из области фундаментальных исследований для решения конкретных задач практической жизни людей, т. е. они влияют на наш образ жизни. Например, прикладная математика разрабатывает математические методы для решения задач в проектировании, конструировании конкретных технических объектов. Следует подчеркнуть, что в современной классификации наук учитывается также целевая функция той или иной науки. С учетом этого основания говорят о поисковых научных исследованиях для решения определенной проблемы и задачи. Поисковые научные исследования осуществляют связь между фундаментальными и прикладными исследованиями при решении определенной задачи и проблемы. Понятие фундаментальности включает следующие признаки: глубина исследования, масштаб применения результатов исследования в других науках и функции этих результатов в развитии научного познания в целом. Одной из первых классификаций естественных наук является классификация, разработанная французским ученым А. М. Ампером (1775—1836). Немецкий химик Ф. Кекуле (1829—1896) также разработал классификацию естественных наук, которая обсуждалась в XIX в. В его классификации основной, базовой наукой выступала механика, т. е. наука о самом простейшем из видов движения — механическом. ВЫВОДЫ 1. Э. Геккель рассматривал все естественные науки как фундаментальную основу научного знания, подчеркивая, что без естествознания развитие всех других наук будет ограниченным и несостоятельным. В этом подходе подчеркивается важная роль естествознания оказывают естествознания. существенное Однако влияние на развитие гуманитарные и технические науки. 2. Наука - это целостная система естественно-научных, гуманитарных, технических, междисциплинарных и общеметодологических знаний. 3. Уровень фундаментальности науки определяется глубиной и масштабностью ее знаний, которые необходимы для развития всей системы научных знаний в целом. 4. В правоведении теория государства и права относится к фундаментальным наукам, ее понятия и принципы являются основными для правоведения в целом. 5. Естественно-научный метод является основой единства всех научных знаний. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И СЕМИНАРОВ 1. Предмет исследования естественных наук. 2. Что изучают гуманитарные науки? 3. Что исследуют технические науки? 4. Фундаментальные и прикладные науки. 5. Связь теоретических и эмпирических наук в развитии научного познания. ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Основные понятия: классическая, неклассическая и постнеклассическая наука, естественно-научная картина мира, развитие науки до эпохи Нового времени, развитие науки в России Классическая, неклассическая и постнеклассическая наука Исследователи, изучающие исторического развития науку науки: в целом, выделяют классическую, три формы неклассическую и постнеклассическую науку. Классической наукой называют науку до начала ХХ в., имея в виду научные идеалы, задачи науки и понимание научного метода, характерные для науки до начала прошлого века. Это прежде всего вера многих ученых того времени в рациональное устройство окружающего мира и в возможность точного причинно-следственного описания событий в материальном мире. Классическая наука исследовала две господствующие в природе физические силы: силу тяготения и электромагнитную силу. Механическая, физическая и электромагнитная картины мира, а также концепция энергии, основанная на классической термодинамике, являются типичными обобщениями классической науки. Неклассическая наука — это наука первой половины прошлого века. Теория относительности и квантовая механика являются базовыми теориями неклассической науки. В этот период разрабатывается вероятностная трактовка физических законов: абсолютно точно нельзя предсказать траекторию движения частиц в квантовых системах микромира. Постнеклассическая наука (фр. post — после) — наука конца ХХ в. и начала XXI в. В этот период уделяется большое внимание исследованию сложных, развивающихся систем живой и неживой природы на основе нелинейных моделей. Классическая наука имела дело с объектами, поведение которых можно предсказать в любое желаемое время. В неклассической науке появляются новые объекты (объекты микромира), прогноз поведения которых дается на основе вероятностных методов. Классическая наука также использовала статистические, вероятностные методы, однако она объясняла невозможность предсказания, например, движения частицы в броуновском движении большим количеством взаимодействующих частиц, поведение каждой из которых подчиняется законам классической механики. В неклассической науке вероятностный характер прогноза объясняется вероятностной природой самих объектов исследования (корпускулярноволновой природой объектов микромира). Постнеклассическая наука имеет дело с объектами, прогноз поведения которых с некоторого момента становится невозможным, т. е. в этот момент происходит действие случайного фактора. Такие объекты обнаружены физикой, химией, астрономией и биологией. Нобелевский лауреат по химии И. Пригожин (1917—2003) справедливо отмечал, что западная наука развивалась не только как интеллектуальная игра или ответ на запросы практики, но и как страстный поиск истины. Этот трудный поиск находил свое выражение в попытках ученых разных веков создать естественнонаучную картину мира. Понятие естественно-научной картины мира В основе современной научной картины мира лежит положение о реальности предмета изучения науки. «Для ученого, — писал В. И. Вернадский (1863— 1945), — очевидно, поскольку он работает и мыслит как ученый, никакого сомнения в реальности предмета научного исследования нет и быть не может». Научная картина мира — это своеобразный фотопортрет того, что есть на самом деле в объективном мире. Иначе говоря, научная картина мира — это образ мира, который создается на основе естественно-научных знаний о его строении и законах. Важнейшим принципом создания естественнонаучной картины мира является принцип объяснения законов природы из исследования самой природы, не прибегая к ненаблюдаемым причинам и фактам. Ниже дается краткое изложение научных идей и учений, развитие которых привело к созданию естественно-научного метода и современного естествознания. Античная наука Строго говоря, развитие научного метода связано не только с культурой и цивилизацией Древней Греции. В древних цивилизациях Вавилона, Египта, Китая и Индии происходило развитие математики, астрономии, медицины и философии. В 301 г. до н. э. войска Александра Македонского вошли в Вавилон, в его завоевательных походах всегда участвовали представители греческой учености (ученые, медики и т. д.). К этому времени вавилонские жрецы располагали достаточно развитыми знаниями в области астрономии, математики и медицины. Из этих знаний греки заимствовали деление суток на 24 часа (по 2 часа на каждое созвездие зодиака), деление окружности на 360 градусов, описание созвездий и ряд других знаний. Кратко представим достижения античной науки с точки зрения развития естествознания. Астрономия. В III в. до н. э. Эратосфен из Киренаи вычислил размеры Земли, и достаточно точно. Он же создал первую карту известной части Земли в градусной сетке. В III в. до н. э. Аристарх из Самоса высказал гипотезу о вращении Земли и других известных ему планет вокруг Солнца. Он обосновывал эту гипотезу наблюдениями и вычислениями. Архимед, автор необыкновенно глубоких работ по математике, инженер, построил во II в. до н. э. планетарий, приводившийся в движение водой. В I в. до н. э. астроном Посидоний вычислил расстояние от Земли до Солнца, полученное им расстояние составляет примерно 5/8 действительного. Астроном Гиппарх (190—125 гг. до н. э.) создал математическую систему кругов для объяснения видимого движения планет. Он же создал первый каталог звезд, включил в него 870 ярких звезд и описал появление «новой звезды» в системе ранее наблюдаемых звезд и тем самым открыл важный вопрос для обсуждения в астрономии: происходят ли какие-либо изменения в надлунном мире или нет. Лишь в 1572 г. датский астроном Тихо Браге (1546—1601) вновь обратился к этой проблеме. Система кругов, созданная Гиппархом, была развита К. Птолемеем (100—170 гг. н. э.), автором геоцентрической системы мира. Птолемей добавил к каталогу Гиппарха описание еще 170 звезд. Система мироздания К. Птолемея развивала идеи аристотельской космологии и геометрии Евклида (III в. до н. э.). В ней центром мира являлась Земля, вокруг которой вращались известные тогда планеты и Солнце по сложной системе круговых орбит. Сопоставление месторасположения звезд по каталогам Гиппарха и Птолемея — Тихо Браге позволило астрономам в XVIII в. опровергнуть постулат космологии Аристотеля: «Постоянство неба — закон природы». Имеются свидетельства также о значительных достижениях античной цивилизации в медицине. В частности, Гиппократ (410—370 гг. до н. э.) отличался широтой охвата медицинских вопросов. Наибольших успехов его школа достигла в области хирургии и в лечении открытых ран. Большую роль в развитии естествознания сыграли учения о строении вещества и космологические идеи античных мыслителей. Анаксагор (500—428 гг. до н. э.) утверждал, что все тела в мире состоят из бесконечно делимых малых и неисчислимо многих элементов (семян вещей, гомеомерии). Из этих семян путем беспорядочного их движения образовался хаос. Наряду с семенами вещей, как утверждал Анаксагор, существует «мировой ум», как тончайшее и легчайшее вещество, несоединимое с «семенами мира». Мировой разум создает из хаоса порядок в мире: однородные элементы соединяет, а неоднородные отделяет друг от друга. Солнце, как утверждал Анаксагор, это раскаленная металлическая глыба или камень во много раз больше города Пелопоннеса. Левкипп (V в. до н. э.) и его ученик Демокрит (V в. до н. э.), а также их последователи уже в более поздний период — Эпикур (370—270 гг. до н. э.) и Тит Лукреций Кара (I в. н. э.) — создали учение об атомах. Все в мире состоит из атомов и пустоты. Атомы вечны, они неделимы и неуничтожимы. Атомов бесконечное число, форм атомов также бесконечно, одни из них круглые, другие крючковатые и т. д., до бесконечности. Все тела (твердые, жидкие, газообразные), а также то, что называют душой, состоят из атомов. Многообразие свойств и качеств в мире вещей явлений определяется многообразием атомов, их числом и видом их соединений. Душа человека — это тончайшие атомы. Атомы нельзя создать или уничтожить. Атомы находятся в вечном движении. Причины, вызывающие движение атомов, заложены в самой природе атомов: им свойственны тяжесть, «трясучесть» или, говоря на современном языке, пульсирование, дрожание. Атомы — это единственная и настоящая реальность, действительность. Пустота, в которой происходит вечное движение атомов — это лишь фон, лишенный структуры, бесконечное пространство. Пустота — необходимое и достаточное условие для вечного движения атомов, из взаимодействия которых образуется все как на Земле, так и во всей Вселенной. Все в мире причинно обусловлено в силу необходимости, порядка, изначально существующего в нем. «Вихревое» движение атомов является причиной всего существующего не только на планете Земля, но и во Вселенной в целом. Миров существует бесконечное множество. Поскольку атомы вечны, их никто не создавал, и не существует, следовательно, начала мира. Таким образом, Вселенная — это движение из атомов в атомы. В мире нет целей (например, такой цели, как возникновение человека). В познании мира разумно спрашивать, почему нечто произошло, по какой причине, и совершенно неразумно спрашивать, для какой цели это произошло. Время — это разворачивание событий из атомов в атомы. «Люди, — утверждал Демокрит, — измыслили себе образ случая, чтобы пользоваться им как предлогом, прикрывающим их собственную нерассудительность». Платон (IV в. до н. э.) — античный философ, учитель Аристотеля. Среди естественно-научных идей философии Платона особое место занимает концепция математики и роли математики в познании природы, мира, Вселенной. Согласно Платону науки, основанные на наблюдении или чувственном познании, например физика, не могут привести к адекватному, истинному знанию мира. Из математики Платон считал основной арифметику, поскольку идея числа не нуждается в своем обосновании в других идеях. Эта идея о том, что мир написан на языке математики, глубоко связана с учением Платона об идеях или сущностях вещей окружающего мира. В этом учении содержится глубокая мысль о существовании связей и отношений, имеющих всеобщий характер в мире. У Платона получалось, что астрономия ближе к математике, чем физика, поскольку астрономия наблюдает и выражает в количественных математических формулах гармонию мира, созданного демиургом, или богом, наилучшего и самого совершенного, целостного, напоминающего огромный организм. Учение о сущности вещей и концепция математики философии Платона оказали огромное влияние на многих мыслителей последующих поколений, например на творчество И. Кеплера (1570—1630): «Создавая нас по своему подобию, — писал он, — Бог хотел, чтобы мы были способны воспринимать и разделить с ним его собственные мысли... Наше знание (чисел и величин) того же рода, что и божие, но, по крайней мере, постольку, поскольку мы можем понять хотя бы что-нибудь в течение этой бренной жизни». И. Кеплер пытался объединить земную механику с небесной, предполагая наличие в мире динамических и математических законов, управляющих этим созданным Богом совершенным миром. В этом смысле И. Кеплер был последователем Платона. Он пытался объединить математику (геометрию) с астрономией (наблюдениями Т. Браге и наблюдениями его современника Г. Галилея). Из математических вычислений и данных наблюдений астрономов у Кеплера сложилась идея о том, что мир — это не организм, как у Платона, а хорошо отлаженный механизм, небесная машина. Он открыл три загадочных закона, согласно которым планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам вокруг Солнца. Законы Кеплера: 1. Все планеты обращаются по эллиптическим орбитам, в фокусе которых находится Солнце. 2. Прямая, соединяющая Солнце и какую-либо планету, за равные промежутки времени описывает одинаковую площадь. 3. Кубы средних расстояний планет от Солнца относятся как квадраты их периодов обращения: R13/R23 - T12/T22, где R1, R2 — расстояние планет до Солнца, Т1, Т2 — период обращения планет вокруг Солнца. Законы И. Кеплера были установлены на основе наблюдений и противоречили аристотелевской астрономии, которая была общепризнанной в период Средневековья и имела своих сторонников в XVII в. Свои законы И. Кеплер считал иллюзорными, поскольку он был убежден в том, что Бог определил движение планет по круговым орбитам в виде математической окружности. Аристотель (IV в. до н. э.) — философ, основатель логики и ряда наук, таких как биология и теория управления. Устройство мира, или космология, Аристотеля выглядит следующим образом: мир, Вселенная, имеет форму шара с конечным радиусом. Поверхностью шара является сфера, поэтому Вселенная состоит из вложенных друг в друга сфер. Центром мира является Земля. Мир делится на подлунный и надлунный. Подлунный мир — это Земля и сфера, на которой прикреплена Луна. Весь мир состоит из пяти элементов: вода, земля, воздух, огонь и эфир (лучезарный). Из эфира состоит все, что находится в надлунном мире: звезды, светила, пространство между сферами и сами надлунные сферы. Эфир не может быть воспринят органами чувств. В познании всего, что находится в подлунном мире, не состоящем из эфира, наши чувства, наблюдения, корректированные умом, нас не обманывают и дают адекватную о подлунном мире информацию. Аристотель считал, что мир создан с определенной целью. Поэтому у него во Вселенной все имеет свое целевое назначение или место: огонь, воздух стремятся вверх, земля, вода — к центру мира, к Земле. В мире нет пустоты, т. е. все занято эфиром. Кроме пяти элементов, о которых идет речь у Аристотеля, есть еще нечто «неопределенное», которое он называет «первой материей», но в его космологии «первая материя» существенной роли не играет. В его космологии мир надлунный является вечным и неизменяемым. Законы надлунного мира отличаются от законов мира подлунного. Сферы надлунного мира равномерно двигаются по окружностям вокруг Земли, делая полный оборот за одни сутки. На последней сфере находится «перводвигатель». Являясь неподвижным, он придает движение всему миру. В мире подлунном действуют собственные законы. Здесь господствуют изменения, возникновения, распад и т. п. Солнце и звезды состоят из эфира. Он не оказывает никаких воздействий на небесные тела в надлунном мире. Наблюдения, говорящие о том, что в небесном своде что-то мерцает, движется и т. п., по космологии Аристотеля, являются следствием влияния атмосферы Земли на наши органы чувств. В понимании природы движения Аристотель различал четыре вида движения: а) увеличение (и уменьшение); б) превращение или качественное изменение; в) возникновение и уничтожение; г) движение как перемещение в пространстве. Предметы относительно движения, по Аристотелю, могут быть: а) неподвижны; б) самодвижущиеся; в) движущиеся не спонтанно, а посредством действия других тел. Анализируя виды движения, Аристотель доказывает, что в основе их лежит вид движения, который он назвал движением в пространстве. Движение в пространстве может быть круговым, прямолинейным и смешанным (круговое + прямолинейное). Поскольку в мире Аристотеля нет пустоты, то движение должно иметь непрерывный характер, т. е. от одной точки пространства к другой. Отсюда следует, что прямолинейное движение является прерывным, так, дойдя до границы мира, луч света, распространяясь по прямой, должен прервать свое движение, т. е. изменить свое направление. Аристотель считал круговое движение самым совершенным и вечным, равномерным, именно оно свойственно движению небесных сфер. Мир, по философии Аристотеля, является космосом, где человеку отведено главное место. В вопросах отношения живого и неживого Аристотель был сторонником, можно сказать, органической эволюции. Теория или гипотеза происхождения жизни Аристотеля предполагает «спонтанное зарождение из частиц вещества», имеющих в себе некое «активное начало», энтелехию (греч. entelecheia — завершение), которое при определенных условиях может создавать организм. Учение об органической эволюции развивалось также философом Эмпедоклом (V в. до н. э.). Значительными были достижения древних греков в области математики. Например, математик Эвклид (III в. до н. э.) создал геометрию в качестве первой математической теории пространства. Лишь в начале XIX в. появилась новая неевклидова геометрия, методы которой использовались при создании теории относительности, основы неклассической науки. Учения древнегреческих мыслителей о материи, веществе, атомах содержали глубокую естественно-научную мысль об универсальном характере законов природы: атомы одни и те же в различных частях мира, следовательно, в мире атомы подчиняются одним и тем же законам. Вопросы к семинару Различные классификации естественных наук (Ампер, Кекуле) Античная астрономия Античная медицина Строение мира. Математика Философия
