Лекция 3
ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА
Что понимается под физической картиной мира? Под физической картиной мира мы будем понимать образ мира, складывающийся как в результате деятельности сообщества физиков, так и в результате логико-методологического и философского осмысления и критики этого образа.
Смысловыми блоками – этапами построения физической картины мира – являются: классическая физика, включающая механику, оптику, термодинамику, электродинамику, и неклассическая физика, включающая специальную и общую теорию относительности, квантовую механику, квантовую теорию поля, элементы построения единой теории поля.
Физический взгляд на мир создается благодаря фундаментальным экспериментальным измерениям и наблюдениям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие понимание природы. Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие естественнонаучной картины мира, под которой понимают целостную систему важнейших принципов и законов об общих закономерностях развития природы, общества и живого, которая возникает в результате не только синтеза и обобщения естественнонаучных представлений, понятий и терминов, но и понимания и описания на базе современных физических моделей происхождения и развития в целом жизни, ее специфических проявлений в живой природе, а также сущности социально-экономического, в том числе исторического, развития общества. В настоящее время делаются успешные попытки описать и такие категории, как мораль, этика, совесть и другие духовные и эстетические ценности через понятия точной науки.
Заметим, что физическая модель создается по существу за тем же, зачем архитектор конструирует модель группы зданий, чтобы наглядно представить соотношение и соразмерность между зданиями, свободными пространствами между ними и проходами или улицами, их соединяющими. В физике обычно стремятся сделать модель математической, чтобы описать явления, процесс или объект на количественном языке. Для создания физической модели используют три исходных положения:
– все явления природы (а сейчас в рамках синергетических представлений сложных открытых систем к ним относятся процессы и организация социально-экономических и живых систем) могут быть объяснены физическими законами, выраженными в математической форме;
– эти физические законы универсальны и не зависят от времени и пространства;
– все основные законы должны быть простыми.
Смены парадигм позволяют выделить основные стадии познания природы и утвердить естественнонаучные картины мира: сущностную предонаучную, механистическую, эволюционную.
Первую стадию познания природы называют синкретической, для нее характерно нерасчлененное представление об окружающем мире, господство наблюдений, а не эксперимента; догадок, а не точных выводов. Уже в античные времена, когда переход от донаучного знания к научному произошел лишь в математике, Аристотель (384–322 до н.э.) обобщил взгляды и догадки натурфилософов, задал нормы познания, образцы объяснений, описаний и обоснований, которые пользовались непререкаемым авторитетом на протяжении тысячелетия.
Первая – натурфилософская картина мира – это попытка использовать общие философские принципы, не связанные с опытом и наблюдениями, для объяснения природных явлений и процессов (VI в. до н.э. – конец XVII в.). В основе натурфилософии лежат идеи о единстве сущего, происхождении всех вещей из некоторого первоначала (воды, воздуха, огня) и о всеобщей одушевленности материи.
Настоящая революция произошла в XVII веке, ознаменовавшая появление классического естествознания. Этой стадии, называемой аналитической, характерно мысленное расчленение и выделение частностей, возникновение физики, химии, биологии и других наук. Главные особенности этой стадии следующие:
– математизиция естествознания привела к выделению строго объективных абстрактных характеристик (сила, масса, скорость и др.) и выявлению их количественных связей в виде точных формул;
– экспериментальное исследование в контролируемых условиях подразумевало активное наступательное отношение к изучаемой природе в противовес созерцанию и умозрительному восприятию, характерному для синкретической стадии; при этом эмпирические знания преобладали над теоретическими;
– представления о гармоничном и вполне завершенном Космосе были безжалостно разрушены ради концепции практически неизменной Вселенной, не имеющей цели и смысла существования;
– сформировался четкий идеал научного знания, подразумевающий абсолютно истинную картину природы, подправляемую лишь в деталях, а также жестко разделяющий субъектов и объекты познания. Под этим понимается, что познающий субъект наблюдает и исследует объект со стороны, не изменяя его в процессе познания, а получаемые им выводы воспроизводят характеристики объекта такими, какими они являются на самом деле;
– утвердилась механистическая картина природы, основанная на принципах и законам механики.
Механистическая картина мира (XVII-XVIII вв.) напоминала часы: любое событие однозначно определяется начальными условиями, задаваемыми (по крайней мере, в принципе) абсолютно точно. В таком мире нет места случайности. В нем возможет «демон Лапласа» – существо, способное охватить всю совокупность данных о Вселенной в любой момент времени и не только точно предсказать будущее, но и до мельчайших подробностей восстановить прошлое. Механистическая картина мира предполагала Бога как часовщика и строителя Вселенной.
Механистическая картина мира основывалась на следующих принципах: связь теории с практикой; использование математики; эксперимент реальный и мысленный; критический анализ и проверка данных; главный вопрос: «Как?», а не «Почему?»; нет «стрелы времени» – термин и понятие, определяющие отношение неравновесной термодинамики к проблеме необратимости времени – (регулярность, детерминированность и обратимость траекторий).
Механистический подход к описанию природы оказался весьма плодотворным. После ньютоновской механики были созданы гидродинамика, теория упругости, теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и ряд других. Однако с течением времени механистическая картина мира стала утрачивать статус общенаучной. В геологии и биологии возникли идеалы эволюционного объяснения многих процессов, разработка теории поля в физике также не соответствовала нормам механического объяснения. Эти радикальные перемены конца XVIII – начала ХХ века и определили переход к новому состоянию естествознания – дисциплинарно организованной науке. В целом вторая стадия познания природы (аналитическая) характеризуется как формирование и развитие классической науки и ее стиля мышления.
Очередная глобальная научная революция связана с появлением неклассического естествознания на рубеже XIX–XX веков, прежде всего, релятивистской и квантовой теории, концепции нестационарной Вселенной, квантовой химии, генетики и молекулярной биологии. В третьей, синтетической стадии познания природы началось воссоздание целостной картины природы на основе предшествующих частностей. Дифференциация наук сохранилась, но уже на фоне интегрирующих тенденций. Господствующая парадигма этой стадии может быть охарактеризована следующими признаками:
– равноправие всех систем отсчета означало отказ от всякого центризма (геоцентризма, гелиоцентризма и др.);
– переосмысление исходных понятий пространства, времени, причинности и непрерывности вплоть до расхождения со здравым смыслом (отказ от понятия траектории в микромире, одновременности событий, абсолютного характера пространства и времени, всеобщности причинных связей и т.д.) в отличие от классического естествознания, которое опиралось на интуитивно очевидные идеализации;
– отказ от жесткого противопоставления субъекта и объекта познания, который перестал восприниматься как существующий «сам по себе», а его научное описание оказалось зависящим от определенных условий познания;
– понимание относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания.
Переход от классического к неклассическому естествознанию был подготовлен кризисом мировоззренческих установок классического рационализма и формированием нового понимания рациональности. В последней трети ХХ века произошли новые радикальные изменения, которые также можно считать научной революцией. Появилась новая, постклассическая наука. Наряду с дисциплинарными исследованиями на передний план все более выдвигаются междисциплинарные и проблемно-ориентированные формы исследовательской деятельности. Классическая наука ориентировалась на все более глубокое исследование все более сужающегося фрагмента действительности. Специфику современной науки определяют комплексные научно-исследовательские программы с участием специалистов различных областей знания.
Важнейшее значение приобретают междисциплинарные исследования в рамках новой концепции самоорганизации. Теория самоорганизации – синергетика – подводит базу под совершающийся в естествознании глобальный эволюционный синтез и является одной из составляющих современной научной картины мира.
Современная естественнонаучная картина мира основывается на принципе саморазвития. В этой картине присутствует человек и его мысль. Она эволюционная и необратима. В ней естественнонаучное знание неразрывно связано с гуманитарным.
ФИЗИКА – ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Физика – основа естественных наук. Поступательное развитие экспериментального естествознания привело к постепенному перерастанию натурфилософии в естественнонаучные знания. Таким образом, в недрах натурфилософии зарождалась
физика – наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.
Физика – главная из естественных наук, поскольку она открывает истины, справедливые для всей Вселенной, о соотношении нескольких основных переменных. Ее универсальность обратно пропорциональна количеству переменных, которые она вводит в свои формулы. Например, закон всемирного тяготения. Физики утверждают, что ни одно тело во Вселенной не может не подчиняться закону всемирного тяготения, а если его поведение противоречит данному закону, значит, вмешиваются другие закономерности.
Как атомы и кварки – «кирпичики мироздания», так законы физики – «кирпичики» познания. «Кирпичиками» познания законы физики являются не потому, что в них используются некоторые основные универсальные переменные и постоянные, действующие во всей Вселенной, но также и потому, что в науке действует принцип редукционизма, согласно которому все более сложные законы развития более сложных уровней реальности должны быть сведены к законам более простых уровней.
Скажем, законы воспроизводства жизни в генетике раскрываются на молекулярном уровне как законы взаимодействия молекул ДНК и РНК. Согласованием законов различных областей материального мира занимаются специальные пограничные науки, такие, как молекулярная биология, биофизика, биохимия, геофизика, геохимия и т.д. Очень часто новые науки образуются как раз на стыке более старых дисциплин.
«Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира», – так считал Эйнштейн. Одна из главных задач физики – выявление самого простого и самого общего в природе. Под самым простым обычно принято понимать первичные объекты: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля, а под самым общим – движение, пространство и время, энергию и т.п. Физика изучает разнообразные явления и объекты природы, и при этом сложное сводится к простому, конкретное – к общему. Так устанавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях и в околоземном пространстве, но и во всей Вселенной. В этом и заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной науки. Физика занимает особое место среди естественных наук, и ее принято считать лидером естествознания. Кроме того, физика – основная база для создания наукоемких технологий и новых средств производства. Изучение научных открытий и их философское, концептуальное обобщение играют большую роль в формировании естественнонаучного мировоззрения.
Основные этапы развития физики. Всю историю развития физики можно условно разделить на три основных этапа:
доклассической физики;
классической физики;
современной физики.
Первый этап развития физики – этап доклассической физики – самый длительный: он охватывает период от времени Аристотеля (IV в. до н.э.) до конца XVI века.
Начало второго этапа – этапа классической физики – связывают с одним из основателей точного естествознания, итальянским ученым Галилео Галилеем и основоположником классической физики, английским математиком, механиком, астрономом и физиком Исааком Ньютоном. Второй этап длился около трех веков до конца XIX века.
К началу XX в. появились экспериментальные результаты, трудно объяснимые в рамках классических знаний. Поэтому был предложен совершенно новый подход – квантовый, основанный на дискретной концепции. Квантовую гипотезу впервые ввел в 1900 г. немецкий физик Макс Планк, вошедший в историю развития физики как один из основоположников квантовой теории. С введением квантовой концепции начинается третий этап развития физики – этап современной физики, включающий не только квантовые, но и классические представления.
Физика и наглядность. Два обстоятельства мешают понять современную физику: применение сложнейшего математического аппарата, который надо предварительно изучить (А. Эйнштейн сделал удачную попытку преодолеть эту трудность, написав учебник, в котором нет ни одной формулы); и невозможность создать наглядную модель современных физических представлений (искривленное пространство; частицу, одновременно являющейся волной и т.д.).
Прогресс физики (и науки в целом) связан с постепенным отказом от непосредственной наглядности. Отказ от наглядности научных представлений является неизбежной платой за переход к исследованию более глубоких уровней реальности, не соответствующих эволюционно выработанным механизмам человеческого восприятия.
Таблица 3.1.
Структура современной физики:
Виды процессов Уровень
Движение (гравитация) Тепловые процессы
Классическая механика Термодинамика, Синергетика Макро
Квантовая механика Физика элементарных частиц Микро
Релятивистская физика Астрофизика Мега
По современным представлениям все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные и иерархически организованные системы. Среди различных типов материальных систем выделяются |
