История, панорама современного естествознания и тенденции его развития

Реферат

ИСТОРИЯ,
ПАНОРАМА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ ЕГО РАЗВИТИЯ.

Содержание:

Глава 1. Возникновение науки 3

Глава 2. Развитие рациональных знаний Древнего Востока 6

Глава 3. Наука Древней Греции 12

Глава 4. Формирование естествознания в эпоху средневековья 21

Глава 5. Революция в мировоззрении в эпоху Возрождения 28

Глава 6. Научная революция XVI - XVII вв. и становление классической науки 33

Глава 7. Естествознание XVIII в 43

Глава 8. Развитие и завершение классической науки в XIX в 47

Глава 9. Научная революция в естествознании начала XX в 55

Глава 10. Кризис современной науки. На пути к постнеклассической науке XXI в 66

Библиографический список 69

Глава 1. Возникновение науки

Современное науковедение рассматривает науку в нескольких аспектах:

наука – определенная историческая форма познания:

наука - это совокупность знаний и деятельность по производству этих знаний;

наука - это непосредственная производительная сила общества;

наука - это система профессиональной подготовки и воспроизводства кадров.

В зависимости от того, какой аспект принимается во внимание, получаем разные точки отсчёта начала развития науки. Принято считать, что наука как форма познания складывалась в Древней Греции в VII-VI вв. до н.э., как результат длительного развития познавательной деятельности в эпоху первых цивилизаций Древнего Востока.

Первые цивилизации Древнего Востока начали складываться в Двуречье и в долине Нила в IV тыс. до н.э. Экономической основой этих цивилизаций являлось ирригационное земледелие, которое хотя и требовало колоссальных трудовых затрат, кооперации и особой организации работ, но зато позволяло собирать даже не один, а несколько богатых урожаев в год. Получение значительного избыточного продукта стало экономической предпосылкой быстрого развития социальных отношений, классообразования, общественного разделения труда, возникновения специализированных ремесел (гончарного, ткацкого, кораблестроительного, металлургического, камнерезного и др.); обособления собственности, генезиса соседско-территориальных общин, образования господствующего класса, государст­венного аппарата, храмового персонала.

На таком экономическом базисе сложилась и соответствующая социально-классовая структура, представленная тремя основными классами. Высший класс - это класс людей, которые непосредственно не занимались производительным трудом, но либо сами владели средствами производства, либо распоряжались государственной и храмовой собственностью от имени царя или касты жрецов. Благодаря деятельности части представителей этого класса складывается особая система духовного производства, независимая от материального производства. Именно в этой системе духовного производства зарождается научная деятельность.

Второй, средний класс - это класс свободных крестьян-общинников и городских (или сельских) ремесленников, непосредственно владевших средствами производства и занятых производительным трудом.

И, наконец, третий, низший класс - зависимые, не обладавшие собственностью работники, которые подвергались внеэкономической эксплуатации. В качестве таких работников выступали лишившиеся собственности и попавшие в зависимость крестьяне, а также рабы.

Вместе с тем особенностью древневосточных цивилизаций является наличие еще значительных следов мифологического сознания, для которого характерна образность, слабое развитие абстрактных понятий, категорий, слабое различение закономерного и необходимого, причинно-следственных связей, доминирование ассоциативного мышления по аналогии, ориентация на традиционность, а не на новации, антропоморфизм. Очень медленно шел в сознании процесс различия природного и человеческого, преодоления слитности человека с природой.

Здесь еще мир вещей не отрывался от мира людей, вещи наделялись качествами людей, а человек - качествами вещей, которые ему принадлежат.

Человек древневосточных цивилизаций жил в мире, в котором самым теснейшим образом переплетались земное и божественное, мир людей и мир богов. По мнению людей того времени, множество богов постоянно вмешивается в повседневную жизнь людей и человек находится в их полной власти. Поэтому божественными знамениями интересовались, их боялись, пытались избежать.

Основная тенденция развития духовной культуры древневосточных цивилизаций - возрастание индивидуализации сознания.

Человек начинает осознавать себя как индивидуальность, как самоценность, как личность, постоянно решающая проблему выбора оптимальной линии своего поведения, вопросы координации своих отношений с другими людьми, с коллективом, с обществом, с природой.

В этих условиях складывается героический эпос, в центре которого - образ героя получеловека-полубога. Герой бросает вызов не только людям, но и самим богам, он может преодолеть все, кроме одного - своей судьбы.

Такое противопоставление героя и богов, героя и толпы является показателем того, что рационализация сознания поднялась на новый уровень - уровень теоретического осознания отношений человека и мира, уровень самосознания. Миф трансформируется в рациональный Логос. На этом пути постепенно зарождается наука в самой простейшей форме.

Глава 2.
Развитие рациональных знаний Древнего Востока

Рост населения, его подвижность, динамизм образа жизни, укрепление племенных союзов, развитие военного дела, политический и военный экспансионизм, развитие обмена, торговли — все это способствовало значительному расширению географического кругозора человека.

Наряду с освоением новых пространств, развитием представлений о границах ойкумены (населенной части планеты) совершенствовались формы картографии, создавались карты-схемы местности, способы ориентации по звездам, особенно у народов, осваивавших океанские просторы, народов-мореплавателей (например, у народов Океании).

На смену простейшим способам схематического изображения местности с помощью камней, палок, рисунков на песке и др., которые были характерны для первобытного общества, приходят более долговременные и совершенные "карты". Их либо рисовали, либо вышивали на коже или ткани, либо чертили ножом на коре дерева и т.п. Эти карты обычно были схемами маршрута, так как отражали не местность в целом, а отдельный маршрут. На такой карте-схеме изображались гидрографическая сеть (главная река, ее притоки, озераS
и др.), речные пороги, броды, дороги, тропы, жилища, горы, следы проживания людей в данном районе и др. Длина маршрута определялась в днях пути. Есть этнографические данные о том, что у некоторых народов была традиция собирать такие карты местности в особых хранилищах.

Новый дополнительный импульс развитию картографии был получен вместе с расширением торговой деятельности, появлением класса купцов, осваивавших дальние и неизведанные торговые пути. Наиболее распространенные и трудные маршруты снабжались определенными указательными знаками (на деревьях, на камнях, на скалах и др.), включая знаки, предупреждающие о возможности нападения (так зарождалось то, что на современном языке называется "служба эксплуатации дорог"). Указательные знаки также отмечались на картах-схемах маршрутов.

Биологические знания

Становление производящего хозяйства (земледелия и скотоводства) стимулировало и развитие биологических знаний. Прежде всего, это связано с доместикацией¹
, имевшей колоссальное значение для судеб цивилизации. Одомашнивание животных и растений по самой своей сути предполагает использование такого фундаментального биологического явления, как искусственный отбор (селекция). Люди были еще очень далеки от понимания сущности искусственного отбора, но уже умели использовать этот метод для совершенствования своей хозяйственной деятельности. Опыт селекции передавался из поколения в поколение.

Благодаря селекции было выведено много новых пород животных и растений, заложена база современной аграрной культуры. Развитие скотоводства позволило освоить новые массивы зоологических, ветеринарных знаний и навыков, а развитие земледелия способствовало накоплению ботанических, агрохимических и гидротехнических (в связи с мелиорацией и ирригацией) знаний. Еще в Древней Месопотамии было открыто искусственное опыление финиковой пальмы, которое привело к получению большого сортового разнообразия.

Медицинские знания

В эпоху классообразования Древнего Востока от системы биологических знаний постепенно отпочковывается медицина как относительно самостоятельная отрасль знаний и практических навыков. Глубинной основой этого процесса является изменение отношения к человеку. Человек начинает осознавать свое кардинальное отличие не только от природы, её предметов и процессов, но и от других людей. Отрываясь от родовых связей, человек осознает себя как самоценное существо, которое хотя и связано с коллективом (соседско-территориальной общиной, патриархальной семьей и др.), его традициями и ценностями, но уже имеет и свои индивидуальные ценности. В сознании появляются новые элементы, представляющие собой зачаточные формы смысложизненных ориентиров. Человек впервые сталкивается с проблемой смысла своего существования. А это значит, что и поддержание жизни человека, его работоспособности приобретает особую ценность, значимость.

В этих условиях приоритетной сферой рациональной деятельности становится медицинская практика. В обществе растет престиж тех, кто берется лечить людей и кому это удается.

Лекарь, врачеватель - это прежде всего знаток лечебных трав и народной медицины. Развивается древнейшая традиция лечебного применения средств растительного происхождения (травы, цветы, плоды, кора деревьев и др.) и средств минерального и животного происхождения (жир, части организмов животных и др.). Создаются приемы санитарии и гигиены, появляются физиотерапевтические процедуры, массаж, иглотерапия, диетика, разрабатываются новые хирургические приемы и соответственно металлические хирургические инструменты (скальпель, щипцы и др.). Совершенствуется акушерство - одна из первых медицинских специальностей.

Конечно же, в первобытной медицине наряду с рациональными знаниями еще много и наивного. Так, древние вавилоняне считали, что жизнь связана с кровью, печень - главный орган жизни, содержащий запас крови; органом же мышления они считали сердце. Поэтому наряду с народной медициной, лекарями - знатоками лекарственных трав, простейшей хирургии складывается и другой тип врачевателей - знахари-заклинатели, опиравшиеся на мифологические и магические процедуры. Эта ветвь древней медицины со временем трансформируется в храмовую медицину.

Астрономические знания

Развитие астрономических знаний в рассматриваемую эпоху определялось в первую очередь потребностями совершенствования календаря, счета времени. Важнейшим условием зарождения научной астрономии являлось осознание связи небесных явлений и сезонов года.

Если присваивающее хозяйство вполне могло обходиться лунным календарем, то производящее хозяйство требовало более точных знаний времени сельскохозяйственных работ (особенно времени посева и сбора урожая), которые могли базироваться лишь на солнечном календаре, на солнечных циклах (годовом, суточном, сезонном).

Важным условием перехода от лунного календаря к солнечному являлось отделение наблюдений за интервалами времени от их привязки к биологическим ритмам (связанным с человеком и домашними животными) и выделение некоторых внебиологических природных "систем отсчета" для измерения интервалов времени. В таком качестве выступали, например, точки восхода Солнца в день летнего солнцестояния и захода в день зимнего солнцестояния, наблюдения за звездной группой Плеяд в созвездии Тельца, позволявшие корректировать солнечное и лунное времяисчисления. Чтобы результатами подобного рода наблюдений можно было пользоваться неоднократно, их следовало каким-то образом фиксировать. Так появилась потребность в создании соответствующих сооружений. В археологии такие сооружения известны в виде разного рода мегалитических конструкций.

Мегалитические сооружения - это постройки из громадных каменных плит и камней. Известны их различные виды - дольмены (несколько вертикально установленных огромных каменных плит, сверху перекрытых горизонтально уложенными плитами), кромлехи (выстроенные в круг гигантские монолиты, иногда вместе с дольменами) и др. Большинство из них выполняло одновременно несколько функций - религиозно-культовую, произведения монументальной архитектуры, научной астрономической обсерватории и др. Одним из наиболее известных является грандиозный мегалитический комплекс Стоунхендж в Англии, созданный на рубеже неолита и бронзового века.

Мегалитические сооружения строились так, что они позволяли с довольно высокой точностью ориентироваться на точку восхода Солнца, фиксировать день летнего и зимнего солнцестояния и даже предсказывать лунные затмения. Сооружения из огромных каменных плит и монолитов требовали колоссальных трудовых затрат, были результатом коллективного длительного труда многих десятков и сотен, а иногда и тысяч людей. Это говорит о том, какое важное значение придавалось астрономическим знаниям в период становления цивилизации.

Накапливались знания и в системе астрологии. Астрология - это уходящая своими корнями в магию деятельность, состоящая в предсказании будущего (судеб людей, событий разного рода) по поведению, расположению небесных тел (звезд, планет и др.) в форме гороскопов. Древнейший из дошедших до нас гороскопов (из Вавилона) датируется второй половиной V в. до н.э. Астрология строилась, с одной стороны, на религиозном убеждении, что небесные тела являются всесильными божествами и оказывают решающее влияние на судьбы людей и народов. С другой стороны, в основе астрологии лежит представление о всеобщей причинной связи вещей и их повторяемости - всякий раз, когда на небе будет наблюдаться одно и то же событие, последуют те же следствия. Из взаимного расположения планет между собой, а также из их отношения к знакам зодиака, астрология пытается угадать будущие события и все течение жизни человека.

Математические знания

В рассматриваемую эпоху математические знания развивались в следующих основных направлениях.

Во-первых, расширяются пределы считаемых предметов, появляются словесные обозначения для чисел свыше 100 единиц — сначала до 1000, а затем вплоть до 10 000.

Во-вторых, закладываются предпосылки позиционной системы исчисления. Они состояли в совершенствовании умения считать не единицами, а сразу некоторым набором единиц (4, 5, чаще всего 10). Когда нужно было пересчитать большое количество одинаковых предметов (например, стадо скота), применялся так называемый групповой счет. Такой счет вело несколько человек: один вел счет единицам, второй — десяткам, третий — сотням (наблюдения Н. Н. Миклухо-Маклая). Развитие хозяйства, торговли требовало не просто умения считать, но и умения сохранять на длительное время или передавать на расстояния результаты счета (очень часто — большие числа). Для этого применялись известные еще с древнейших времён бирки, шнуры, нарезки или узлы, на которых уже обозначаются не только единицы, но и группы единиц (по 4, 5, 10, 20 единиц). По сути, формировался прообраз различных систем счисления.

В-третьих, формируются простейшие геометрические абстракции — прямой линии, угла, объема и др. Развитие земледелия, отношений земельной собственности потребовало умения измерять расстояния, площади земельных участков (отсюда и происхождение слова "геометрия" — от древнегреческого "землемерие"). Развитие строительного дела, гончарного производства, распределение урожая зерновых и т.п. требовало умения определять объемы тел. В строительстве было необходимо уметь проводить прямые горизонтальные и вертикальные линии, строить прямые углы и т.д.

На Древнем Востоке математика получила особое развитие в Ме-сопотамии. Математика развивалась как средство решения повседневных практических задач, возникавших в царских храмовых хозяйствах (землемерие, вычисление объемов строительных и земляных работ, распределение продуктов между большим числом людей и др.). Найдено более сотни клинописных математических текстов, которые относятся к эпохе Древневавилонского царства (1894–1595). Их расшифровка показала, что в то время уже были освоены операции умножения, определения обратных величин, квадратов и кубов чисел, существовали таблицы с типичными задачами на вычисление, которые заучивали наизусть.

Глава 3.
Наука Древней Греции

Задача понять и объяснить мир без привлечения таинственных сил была впервые поставлена древними греками в период развития

рабовладельческого строя [3]. Возникновение греческой науки (VII-VI вв. до н. э.) обычно связывают с расцветом ионических городов Милета и Эфеса, островов Средиземноморья и греческих колоний в Италии. В Греции впервые появились профессиональные ученые и учителя, труд которых оплачивался как государством, так и частными лицами, первые научные учреждения: академия Платона, лицей Аристотеля, Александрийский музей. Именно в Греции была впервые выдвинута идея о единой материальной основе мира и о развитии его из этой основы.

Родоначальник греческой науки милетский купец Фалес (~624-547) такой основой, например, считал воду. Его ученик Анаксимандр (~610-546) источником всего сущего, субстанцией всех вещей считал не воду, а некое вечное, беспредельное, безграничное, бесконечное начало, которое он назвал апейроном (т.е. "беспредельное"). В этом вечном, находящемся в непрерывном движении неопределенном первовеществе возникает как бы зародыш будущего мира. Мир периодически возвращается в это первовещество. Древние сообщали, что Анаксимандр был первым греком, начертившим географическую карту Земли. Он же распространял среди греков заимствованные на Востоке солнечные часы (гномон).

Последним великим представителем милетской школы был Анаксимен, который началом, основой, субстанцией мира считал воздух. Все возникает из воздуха, через его разряжение и сгущение. Разряжаясь, воздух становится сначала огнем, затем эфиром, а сгущаясь - ветром, облаками, водой, землей и камнем. Но если первые ионийцы не рассматривали вопрос об источнике движения, то Гераклит из Эфеса (~544-483) считал источником движения борьбу противоположностей. По Гераклиту в этой постоянной борьбе единая материальная первооснова порождает многообразие вещей и явлений, составляющих вместе единую сущность. Гераклит - один из самих глубоких мыслителей Греции оказавший значительное влияние на последующее развитие науки философии. В центре учения Гераклита - идея безостановочной изменчивости вещей, их текучести. Гераклит учил, что все в мире изменчиво, "все течет". Ничто в мире не повторяется, все преходяще и одноразово.

Какое же вещество больше всего соответствует в качестве субстанции мира его постоянной подвижности, текучести, изменчивости, становлению? Гераклит видел такую первооснову в огне, который в то время представлялся самым подвижным и изменчивым веществом.

В Древней Греции были построены первые модели Вселенной (Анаксимандр, Филолай, Аристарх Самосский). Наиболее верной и прогрессивной была модель Аристарха Самосского, согласно которой сферическая Земля и еще семь сфер - Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Луны и звезд - движутся вокруг Солнца. Это была первая гелиоцентрическая система мира. Кроме того, Аристарх Самосский утверждал о вращении Земли вокруг своей оси. За все это он был объявлен духовными властями безбожником и изгнан из Афин.

Греция является родиной логики и диалектического метода. От греков ведет начало и термин "диалектика". Под диалектикой в древности понимали искусство вести беседу и достигать истины путем обнаружения противоречий в суждениях противника. Требования логического обоснования и доказательства выдвигаемых положений существенным образом отличали науку Древней Греции от рецептурных предписаний египтян и вавилонян. "Найти одно научное доказательство для меня значит больше, чем овладеть всем персидским царством", - говорил основатель атомистики Демокрит. Эти слова в значительной степени определяют характер и метод греческой науки. Названия современных наук: математика, механика, физика, география, биология и др.; научные понятия: атом, масса, электрон, протон и пр.; имена: Фалес, Демокрит, Аристотель, Пифагор и т.д., а главное - характер, метод и достижения науки Древней Греции служат одним из убедительных доказательств того, что Древняя Греция по праву считается родиной современной науки.

Первые естественно-
научные программы античности

Атомическая программа.
Идея атомистического строения материи была высказана впервые Левкиппом (500-440) и развита его учеником -гениальным Демокритом [3]. Демокрит (460-370) происходил из фракийского города Абдеры на берегу Эгейского моря. Он очень много путешествовал, был в Вавилоне, Персии, Египте, Индии, Эфиопии. Демокрит поставил перед собой задачу создать такое учение, которое смогло бы преодолеть противоречия, зафиксированные элеатами¹
. Иначе говоря, такое учение, которое обеспечивало соответствие картины мира, открывающейся человеческим чувствам, картине мира, конструируемой деятельностью мышления, дискурсивно, логикой. На этом пути он осуществил переход от континуального²
к дискретному видению мира. Демокрит исходил из безоговорочного признания истинного бытия существующим и существующим как многое. Он убедительно показал, что мыслить бытие как многое, мыслить движение можно, если ввести понятие о неделимости элементарных оснований этого бытия - атомов. Бытие в собственном смысле этого слова - это атомы, которые движутся в пустоте (небытии). Демокрит написал много сочинений по физике, астрономии и философии. К сожалению, его сочинения не дошли до нашего времени и об их содержании мы узнаем лишь из книг других авторов. Суть учения Демокрита сводится к следующему.

1. Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все
другое - только воззрение.

2. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме.

3. Из ничего не происходит ничего.

4. Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью.

5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке. Качественного различия между атомами не существует.

По Демокриту мир в целом - это беспредельная пустота, начиненная многими отдельными мирами. Отдельные миры образовались в результате того, что множество атомов, сталкиваясь друг с другом, образуют вихри - кругообразные движения атомов. В вихрях крупные и тяжелые атомы скапливаются в центре, а более легкие и малые вытесняются к периферии. Так возникли земля и небо. Небо образует огонь, воздух, светила. Земля -центр нашего мира, на краю которого находятся звезды. Каждый мир замкнут. Число миров бесконечно. Многие из них могут быть населёнными. Демокрит впервые описал Млечный Путь как огромное скопление звезд. Миры преходящи: одни из них только возникают, другие находятся в расцвете, а третьи уже гибнут.

Развивая учение Демокрита, Эпикур (341-270) пытался объяснить на основе атомных представлений все естественные, психические и социальные явления. Атомы Эпикура имеют уже вес, а само представление о них выводится из хорошо известных фактов: белье, например, сохнет потому, что под действием ветра и солнца от него отрываются невидимые частицы воды. Атомы находятся в беспрерывном движении, причем: атомы падают в пустоте (в современном понятии - в вакууме) с одинаковой скоростью, в некоторые моменты они могут случайно отклоняться от своего пути. Это и приводит к образованию из атомов миров. Так возникла Земля, "затем от нее отделилось высокое небо, стали моря отходить, обособившись водным пространством, и выделяться огни стали чистые в дальнем эфире". Земля породила жизнь, все, что не было приспособлено к жизни, умирало. Так, в конце концов, естественным путем возник животный и растительный мир, появилось человеческое общество.

Как видно, Эпикур не оставляет места для бога ни в сотворении мира, ни в его развитии. Кроме того, в философской системе Эпикура утверждалось, что целью жизни должно быть отсутствие страданий. А чтобы их не было, жизнь должна быть основана на разуме и справедливости, должен быть уничтожен страх смерти и связанные с ним верования.

Исторической заслугой античного атомизма являлось также фор­мулирование и разработка принципа детерминизма (причинности). В соответствии с этим принципом любые события влекут за собой определенные следствия и в то же время представляют собой следствие из некоторых других событий, совершавшихся ранее. Демокрит понимал принцип детерминизма механистически, отождествляя причинность и необходимость. Все, что происходит в мире, не только причинно обусловлено, но и необходимо, неизбежно. Он отвергал объективное существование случайности, говоря, что человек называет событие случайным, когда не знает (или не хочет узнать) причины события. Мир атомистов - мир сплошной необходимости, в котором нет объективных случайностей.

Концепция атомизма - одна из самых эвристичных, одна из самых плодотворных и перспективных научно-исследовательских программ в истории науки. Она сыграла выдающуюся роль в развитии представлений о структуре материи, в ориентации движения естественно - научной мысли на познание все более глубоких структурных уровней организации материи.

Математическая программа.
Второй научной программой античности, оказавшей громадное влияние на все последующее развитие науки, стала математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Платоном.

В её основе, как и в основе других античных программ, лежит представление о том, что Космос - это упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей, которые можно постигать по-разному. Пифагор нашел эти сущности в числах и представил в качестве первоосновы мира. При этом числа вовсе не являются теми кирпичиками мироздания, из которых состоят все вещи. Вещи не равны числам, а подобны им, основаны на количественных отношениях действительности, являющихся подлинно фундаментальными. Картина мира, представленная пифагорейцами, поражала своей гармонией протяженного мира тел, подчиненной законам геометрии, а движение небесных тел - математическим законам.

Свое завершение математическая программа получила в философии Платона, который нарисовал грандиозную картину истинного мира - мира идей, представляющего собой иерархически упорядоченную структуру.

Значительную роль в своей теории идей Платон отводит математике. У Платона все бытие пронизано числами, числа - это путь к постижению идей, сущности мира. О значении, которое он придавал математике, свидетельствует надпись над входом в платоновскую Академию: "Несведущим в геометрии вход воспрещен". Эта высокая оценка математики определялась философскими взглядами Платона. Он считал, что только занятия математикой являются реальным средством познания вечных, идеальных, абсолютных истин. Платон не отвергал значения эмпирического знания о мире земных вещей, но считал, что это знание не может быть основой науки, так как - приблизительно, неточно и лишь вероятно. Только познание мира идей, прежде всего, с помощью математики, является единственной формой научного, достоверного познания. Математическими образами и аналогиями пронизана вся философия Платона.

Вслед за пифагорейцами Платон закладывал основы программы математизации познания природы. Но если пифагорейцы рассматривали Космос как некоторую однородную гармоническую сферу, то Платон впервые вводит представление о неоднородности бытия, Космоса. Он разделяет Космос на две качественно различные области: божественную (вечное, неизменное бытие, небо) и земную (преходящие, изменчивые вещи). Из представления о божественности Космоса Платон делает вывод, что небесные светила могут двигаться только равномерно, по идеальным окружностям и в одном и том же направлении.

Программа Аристотеля
стала третьей научной программой античности. Она возникла на переломе эпох. С одной стороны, она еще близка к античной классике с ее стремлением к целостному философскому осмыслению действительности (при этом она пытается найти компромисс между двумя предыдущими программами). С другой, в ней отчетливо проявляются эллинистические тенденции к выделению отдельных направлений исследования в относительно самостоятельные науки, со своими предметом и методом.

Пытаясь найти третий путь, возражая и Демокриту, и Платону с Пифагором, Аристотель отказывается признать существование идей или математических объектов, существующих независимо от вещей. Но не устраивает его и демокритовское появление вещей из атомов. Пытаясь снять это противоречие, Аристотель предлагает четыре причины бытия: формальную, материальную, действующую и целевую. В его "Метафизике" воссоздается мир как целостное, естественно возникшее образование, имеющее причины в себе самом. Это образование предстает перед нами в виде двойственного мира, имеющего неизменную основу, но проявляющегося через подвижную эмпирическую видимость. Предметом науки должны стать вещи умопостигаемые, не подвластные сиюминутным изменениям.

Пожалуй, ни один ученый древности не оказал на развитие науки и мышления такого глубокого и длительного влияния, как Аристотель. В своей "Физике" он поднимает и глубоко рассматривает многие вопросы: о материи и движении, о пространстве и времени, о существовании пустоты, о конечном и бесконечном, о действующих причинах. Движение тел происходит в пространстве, свойства которого Аристотель связывает со свойствами самих тел. Он отрицает существование пустого пространства, аргументируя это различными доводами. Науке понадобилось длительное время, чтобы разобраться в этой аргументации, что было сделано Галилеем и Эйнштейном.

По Аристотелю, нет и времени, существующего независимо от происходящих событий, от каких-либо изменений. "Если бы "теперь" не было каждый раз другим, а тождественным и единым, времени не было бы".

Пространство и время - непрерывные величины; пространство по протяженности - конечная граница одной его части является начальной границей другой; время по последовательности - "теперь" соприкасается с прошлым и будущим.

Аристотель признавал объективное существование материального мира и его познаваемость. Являясь учеником Платона, он порвал с его идеалистическими взглядами на мир как отображениями идей, постигаемых душой, и на познание, которое должно отвернуться от реального опыта.

Знаменитые слова Аристотеля: "Платон мне друг, но истина дороже" - значили отход его от воззрений своего учителя.

Но вместе с тем Аристотель верил в бога, противопоставлял земное и небесное, в центре ограниченной Вселенной он поместил неподвижную Землю, как тело, обладающее наибольшей тяжестью. За эти и подобные им моменты в учении Аристотеля ухватилась церковь, превратив их в догмы. А тех, кто выступал против Аристотеля, часто обвиняли в выступлении против религии и церкви, и церковь жестоко расправлялась с еретиками.

Аристотеля называют крестным отцом физики: ведь название его книги "Физика" стало названием всей физической науки.

Он очень верно определяет задачи физики, сводя их к исследованию "первых причин" природы (основных законов), "первых начал" (принципов) и ее "элементов" (основополагающих частиц). Говоря о пути познания, Аристотель так определяет его: "От более явного для нас к более явному по природе". Действительно, люди сначала воспринимают вещи такими, какими они им представляются ("явными для нас"), а не такими, какими они есть на самом деле ("по природе"). Так, Земля представлялась нам сначала плоской и неподвижной; открытие ее шарообразности было большим шагом в направлении к "явному по природе" и "менее явному для нас". История науки подтверждает этот путь познания.

Что касается математики, то Аристотель полагал недопустимым ее применение к исследованию природы по двум причинам:

математика имеет дело с постоянными величинами и отношениями, природа же находится в непрерывном движении и изменении;

математика пригодна для предметов, у которых нет материи, а поскольку природа почти во всех случаях связана с материей, то математика не подходит для науки о природе.

В трудах великого философа, несмотря на множество наивного и примитивного, содержались и глубокие мысли, которые являются предметом исследования науки по сей день и получают в ней новое, современное толкование. Широтой, стройностью и логичностью своей системы Аристотель подчинил греческой философии мир, подобно тому, как Алек­сандр Македонский подчинил его греческому господству. Если еще учесть, что учение Аристотеля было признано и обработано церковью, то станет ясно, почему естествознание в течение почти двадцати столетий (вплоть до XVIIв.) излагалось по Аристотелю.

Глава 4.
Формирование естествознания в эпоху средневековья Основные черты средневекового мировоззрения

Стержнем средневекового сознания явилось религиозное мировоззрение, в котором истолкование всех явлений природы и общества, их оценка, а также регламентация поведения человека обосновываются ссылкой на сверхъестественные силы, которые полностью господствуют над материальным миром, способны по своему произволу как угодно изменять ход естественных событий и даже творить бытие из небытия. Высшей сверхъестественной силой выступал Бог. Такие представления порождались как практическим бессилием человека перед природой (неразвитость производительных сил, сельскохозяйственный и ремесленный характер производства), так и стихийным характером социально-классовых процессов, процессов общения (социальный гнет, социальная несправедливость, непредсказуемость жизненных ситуаций и др.).

Средневековое сознание было ориентировано преимущественно на межличностные отношения. Но в их отражении и воспроизведении преобладают эмоциональные стороны, факторы сознания.

Природа больше не воспринималась как нечто самостоятельное, несущее в себе свою цель и свой закон, как это было в античности. Она создана Богом для блага человека. Бог всемогущ и способен в любой момент нарушить естественный ход природных процессов во имя своих целей. Сталкиваясь с необычными, поражающими воображение явлениями природы, человек воспринимал их как чудо, как промысел Божий, непостижимый для человеческого ума, слишком ограниченного в своих возможностях.

Для средневекового человека природа — это мир вещей, за которыми надо стремиться видеть символы Бога. Поэтому и восприятие природы раздваивалось на предметную и символическую составляющие. Познавательный аспект средневекового сознания был направлен не столько на выявление объективных свойств предметов зримого мира, сколько на осмысление их символических значений, т.е. их отношения к божеству. Познавательная деятельность была по преимуществу герменевтической¹
, толковательной, а значит, в конечном счете опиралась на иерархизированную и субординированную систему ценностей, на ценностное сознание.

В эпоху средневековья все формы человеческой деятельности и общения были пронизаны ритуалами. Все формы действий людей, включая коллективные, строго регламентированы. Магические, обрядовые и ритуальные действия рассматривались как способ влияния на природные и божественные стихии. С ними связывались надежды на дополнительную сверхъестественную помощь со стороны "добрых" сил и ограждение от "злых". Точное соблюдение ритуально-магических действий, обычаев, праздников, исполнение разного рода заклинаний, просьб, призывов считалось необходимым условием благоприятного исхода деятельности, причем не только в хозяйственной области, но и в сфере общения людей, в сфере познания, политической и юридической практики и др. В ремесленном и мануфактурном производстве ритуалы сопровождали каждую технологическую процедуру, поскольку в их выполнении виделось условие полного раскрытия заложенных в предметах труда потенциальных возможностей.

Отмеченные нами особенности средневекового мировоззрения и мышления соответствующим образом отразились на процессе средневекового познания, обусловив следующие его специфические черты.

1. Вся деятельность человека воспринималась в русле религиозных
представлений, а все противоречащее догматам церкви запрещалось
специальными декретами. Все воззрения на природу проходили через
цензуру библейских концепций. Это усиливало элемент созерцательности
познания, настраивало его на откровенно мистический лад, что и
предопределило регресс или, в лучшем случае, стагнацию научного
познания.

2. Поскольку причина взаимосвязанности и целостности элементов мира в Средние века усматривалась в Боге, в средневековой картине мира не могло быть концепции объективных законов, без которой не могло оформиться естествознание. Ведь закон - это необходимая существенная связь каких-то явлений. Средневековый же мыслитель искал не эти связи между явлениями, а отношение их к Богу, место в иерархии вещей.

3. В силу теологически-текстового характера познавательной деятельности усилия интеллекта сосредоточивались не на анализе вещей, а на анализе понятий. Универсальным методом служила дедукция, осуществлявшая субординацию понятий, которой соответствовал определенный иерархический ряд действительных вещей. Поскольку манипулирование понятиями замещало манипулирование объектами действительности, не было необходимости контакта с последними. Отсюда принципиально внеопытный стиль умозрительной науки, обреченной на бес­плодное теоретизирование и оторванность от реальной действительности.

Естественно-
научные достижения в средние века

Математические достижения.
Арабы существенно расширили античную систему математических знаний. Они заимствовали из Индии и широко использовали десятичную позиционную систему исчисления. Она проникла по караванным путям на Ближний Восток в эпоху Сасанидов (224-041), когда Персия, Египет и Индия переживали период культурного взаимодействия.

Получила также значительное развитие (свойственная еще Древнему Востоку) традиция создания новых вычислительных приемов и специальных алгоритмов. Так, например, аль-Каши с помощью вписанных и описанных правильных многоугольников вычислил число π до 17 верных знаков.

Арабские математики умели также суммировать арифметические и геометрические прогрессии. Не ограничиваясь методами геометрической алгебры, арабские математики смело переходят к операциям над алгебраическими иррациональностями. Они создали единую концепцию действительных чисел путем объединения рациональных чисел и отношений и постепенно стёрли грань между рациональными числами и иррациональностями.

Арабские математики совершенствовали методы решений 2-й и 3-й степеней, решали отдельные типы уравнений 4-й степени.

Наиболее значительным достижением арабов в алгебре был "Трактат о доказательствах задач" Омара Хайяма, посвященный в основном кубическим уравнениям. Хайям построил теорию кубических уравнений, основанную на геометрических методах древних. Он классифицировал все кубические уравнения с положительными корнями на 14 видов. Каждый вид уравнений он решал соответствующим построением. Хайям пытался найти правило решения кубических уравнений в общем виде, но безуспешно.

Если отдельные зачаточные элементы сферической тригонометрии были известны еще древним грекам (например, Птолемей пользовался понятием "хорда угла"), то в систематическом виде тригонометрия создана арабскими математиками. Уже в работах аль-Баттани содержится значительная часть тригонометрии, включая таблицы значений котангенса для каждого градуса.

Историческая заслуга средневековых арабских математиков состояла и в том, что они начали глубокие исследования по основаниям геометрии. Первые попытки доказательств постулатов описаны в сочинениях О. Хайяма.

Достижения в физике.
Из разделов механики наибольшее развитие получила статика, чему способствовали условия экономической жизни средневекового Востока. Интенсивное денежное обращение и торговля, как внутренняя, так и международная, требовали постоянного совершенствовании методов взвешивания, а также системы мер и весов. Это определило развитие учения о взвешивании и теоретической основы взвешивания - науки о равновесии, создание многочисленных конструкций, различных видов весов.

Арабские ученые широко использовали понятие удельного веса, совершенствуя методы определения удельных весов различных металлов и минералов. Этим вопросом занимались аль-Бируни, О. Хайям, ать-Хазини (ХII в.). Для определения удельного веса применялся закон Архимеда, грузы взвешивались не только в воздухе, но и воде. Полученные результаты были исключительно точны. Например, удельный вес ртути был определен аль-Хазини в 13,56 г/см³
(по современным данным - 13,557), удельный вес серебра 10,150 г/см³
(по современным данным - 10,49), золота - 19,05 г/см³
(современные данные - 19,27), меди 8,80 г/см³
(современные данные -8,91) и т.д. Столь точные данные позволяли решать ряд практических задач: отличать чистый металл и драгоценные камни от подделок, устанавливать истинную ценность монет, обнаруживать различие удельного веса воды при разных температурах и др.

Развитие кинематики было связано с потребностями астрономии в строгих методах для описания движения небесных тел. В этом направлении и развивается аппарат кинематико - геометрического моделирования движения небесных тел на основе "Альмагеста" К. Птолемея. Кроме того, в ряде работ изучалась кинематика "земных" движений. В частности, понятие движения привлекается для непосредственного доказательства геометрических положений (Ибн Корра Сабит, Насирэтдин ат-Туси), механические движения используются для объяснения оптических явлений (Ибн аль-Хай-Сам), изучается параллелограмм движений и т.п. Одно из направлений средневековой арабской кинематики - разработки инфинитезимальных методов (т.е. рассмотрение бесконечных процессов, непрерывности, предельных переходов и др.).

Динамика развивалась на основе комментирования и осмысления сочинений Аристотеля. Средневековыми арабскими учёными обсуждались проблемы существования пустоты и возможности движения в пустоте, характер движения в сопротивляющейся среде, механизм передачи движения, свободное падение тел, движение тел, брошенных под углом к горизонту.

В эпоху позднего средневековья значительное развитие получила динамическая "теория импетуса", которая была мостом, соединившим динамику Аристотеля с динамикой Галилея.

Кроме того, "теория импетуса" способствовала развитию и уточнению понятия силы. Старое, античное и средневековое, понятие силы благодаря "теории импетуса" в дальнейшем развитии физики раздвоилось на два понятия. Первое - то, что И. Ньютон называл "силой" ( ma
),
понимая под силой воздействие на тело, внешнее по отношению к движению этого тела. Второе - то, что Р. Декарт называл количеством движения, т.е. факторы процесса движения (
mv
),
связанные с самим движущимся телом.

Всё это постепенно готовило возникновение динамики Галилея.

Астрономия.
Существенный вклад внесен арабскими учёными и в астрономию. Они усовершенствовали технику астрономических измерений, значительно дополнили и уточнили данные о движении небесных тел. Один из выдающихся астрономов-наблюдателей аз-Зеркали (Арзахель) из Кордовы, которого считали лучшим наблюдателем XI в., составил так называемые Толедские планетные таблицы (1080). Они оказали значительное влияние на развитие тригонометрии в Западной Европе.

Вершиной в области наблюдательной астрономии стала деятельность Улугбека, который был любимым внуком создателя огромной империи Тимура. Движимый страстью к науке, Улугбек построил в Самарканде по тем временам самую большую в мире астрономическую обсерваторию, имевшую гигантский двойной квадрант и много других астрономических инструментов (азимутальный круг, астролябии, трикветры, армиллярные сферы и др.). В обсерватории был создан труд "Новые астрономические таблицы", который содержал изложение теоретических основ астрономии и каталог положения 1018 звезд.

В теоретической астрономии основное внимание уделялось уточнению кинематико-геометрических моделей "Альмагеста", устранению противоречий в теории Птолемея (в том числе с помощью более совершенной тригонометрии) и поиску нептолемеевских методов моделирования движения небесных тел.

Алхимия в средневековой культуре.
В средневековой алхимии (расцвет пришёлся на XIII-XV вв.) выделялись две тенденции. Первая -мистифицированная алхимия, ориентированная на химические превращения (в частности ртути в золото) и в конечном счёте на доказательство возможности человеческими усилиями осуществлять космические превращения. В русле этой тенденции арабские алхимики сформулировали идею "философского камня" - гипотетического вещества, ускорявшего "созревание" золота в недрах земли. Это вещество заодно трактовалось и как эликсир жизни, дающий бессмертие.

Вторая тенденция была больше ориентирована на конкурентную практическую технохимию. В этой области достижения алхимии несомненны. К ним относят способы получения серной, соляной, азотной кислот, "царской водки", селитры, сплавов ртути с металлами, многих лекарственных веществ, создание химической посуды и др.

Среди алхимиков наряду с шарлатанами и фальсификаторами, было немало искренне убеждённых в реальности всеобщей взаимопревращаемости веществ, в том числе и крупных мыслителей, таких как Раймунд Луллий, Арнольдо да Вилланова, Альберт Великий, Фома Аквинский, Бонавентура и др. Почти невозможно в средневековье отделить друг от друга деятельность, связанную с химией, и деятельность, связанную с алхимией. Они переплетались самым тесным образом.

Средневековое мировоззрение постепенно начинает ограничивать и сдерживать развитие науки. Поэтому необходима была смена мировоззрения, которая произошла в эпоху Возрождения.

Глава 5. Революция в мировоззрении в эпоху Возрождения

Эпоха Возрождения сделала огромный вклад в развитие научной мысли благодаря новому пониманию места и роли человека в объективном мире. Человек стал пониматься отныне не как природное существо, а как творец самого себя, что и выделяет его из всех прочих живых существ. Человек становится на место Бога: он сам свой собственный творец, он владыка природы. Эта мысль была чужда языческой Греции, так как для нее природа это то, что существует само по себе, что никем не создано. Более того, для античной науки небесные тела - нечто принципиально отличное от земного мира, это божественные существа, и создать их с помощью орудий и небесного материала было бы равносильно созданию богов -кощунственная для античности мысль.

Возрождение делает следующий шаг - человек чувствует себя божественным. Поэтому в эту эпоху столь символическое значение получает фигура художника - в ней наиболее адекватно выражается самая глубокая ренессансная идея - идея человека-творца, человека, вставшего на место Бога.

В эпоху Возрождения изменилась ситуация в сфере познания живого. Здесь особое место принадлежит XVI в. В истории биологии этот период выделяется как начало глубокого перелома в способах познания живого. Ренессансный гуманизм, пересмотрев представление о месте человека в природе, возвысил роль человека в мире.

Значительные изменения происходят в способе биологического познания - вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия, эпоха которых раздвинула мировоззренческий горизонт европейцев - они узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явлений. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации.

Важной вехой в развитии анатомии стало творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой протестантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился к традиции античной эмбриологии, а его ученик В. Койтер, систематически изучая развитие куриного зародыша, заложил основы методологии экспериментального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем самым анатомию с эмбриологией.

Величайшим мыслителем, которому суждено было начать великую революцию в астрономии, повлекшую за собой революцию во всем естествознании, был гениальный польский астроном Николай Коперник. Еще в конце XV в., после знакомства и глубокого изучения "Альмагеста", восхищение математическим гением Птолемеем, сменилось у Коперника сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в геоцентризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономических идей, изучал сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов, в том числе и первого гелиоцентриста Аристарха Самосского, и мыслителей, утверждавших подвижность Земли.

Коперник первым взглянул на весь тысячелетний опыт развития астрономии глазами человека эпохи Возрождения: смелого, уверенного, творческого, новатора. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от самого геоцентрического принципа и пытались либо совершенствовать мелкие детали птолемеевской системы, либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной астрономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами.

Между 1505–1507 гг. Коперник в "Малом комментарии" изложил принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теоретическая обработка астрономических данных была завершена к 1530 г. Но только в 1543 г. увидело свет одно из величайших творений в Истории человеческой мысли — "О вращениях небесных сфер", где изложена математическая теория сложных видимых движений Солнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими математическими таблицами и приложением каталога звезд.

В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, и среди них впервые зачисленная в ранг "подвижных звезд" Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находится сфера звезд (рис. 2).

Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы диктовался гелиоцентрическим принципом. Только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей (т.е. отсутствием у них параллаксов).

В отличие от своих предшественников, Коперник пытался создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсутствие простоты, стройности, системности Коперник увидел коренную несостоятельность теории Птолемея, в которой не было единого стержневого принципа, объясняющего системные закономерности в движениях планет.

объяснение смена движется вокруг неизменным в оси своего

Рис. 2. Гелиоцентрическая система Коперника

Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические характеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. Поэтому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной. Впервые получила времен года: Земля Солнца, сохраняя пространстве положение суточного вращения.

Теория Коперника логически стройная, четкая и простая. Она способна рационально объяснить то, что раньше либо не объяснялось вовсе, либо объяснялось искусственно, связать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями. Это - ее несомненные достоинства. Они свидетельствовали об истинности гелиоцентризма. Наиболее проницательные мыслители поняли это сразу.

Следующий шаг в мировоззренческих выводах был сделан монахом одного из неаполитанских монастырей Джордано Бруно. Познакомившись в 60-е гг. XVI в. с гелиоцентрической теорией Коперника, Бруно поначалу отнесся к ней с недоверием. Чтобы выработать свое собственное отношение к проблеме устройства Космоса, он обратился к изучению системы Птолемея и материалистических учений древнегреческих мыслителей, в первую очередь атомистов, о бесконечности Вселенной. Большую роль в формировании взглядов Бруно сыграло его знакомство с идеями Николая Кузанского, который утверждал, что ни одно тело не может быть центром Вселенной в силу ее бесконечности. Объединив гелиоцентризм Н. Коперника с идеями Н. Кузанского об изотропности, однородности и безграничности Вселенной, Бруно пришел к концепции множественности планетных систем в бесконечной Вселенной.

Бруно отвергал замкнутую сферу звезд, центральное положение Солнца во Вселенной и провозглашал тождество Солнца и звезд, множественность "солнечных систем" в бесконечной Вселенной, множественную населенность Вселенной. Указывая на колоссальные различия расстояний до разных звезд, он сделал вывод, что поэтому соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Он разделял небесные тела на самосветящиеся - звезды, солнца, и на темные, которые лишь отражают солнечный свет. Бруно утверждал, во-первых, изменяемость всех небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними и космическим веществом, во-вторых, общность элементов, составляющих Землю и все другие небесные тела, и считал, что в основе всех вещей лежит неизменная, неисчезающая первичная материальная субстанция.

Именно Бруно принадлежит первый и достаточно четкий эскиз современной картины вечной, никем не сотворенной, вещественной, единой, бесконечной, развивающейся Вселенной с бесконечным числом очагов Разума в ней.

Новый взгляд на мир и человека в эпоху Возрождения позволил сделать выдающиеся открытия и создать новые теории, ставшие прологом научной революции XVI-XVII вв., в ходе которых оформилось классическое естествознание.

Глава 6. Научная революция
XVI
-
XVII
вв. и становление классической науки

Отправной точкой научной революции, в результате которой появилась классическая наука и современное естествознание, стал выход книги Николая Коперника "О вращении небесных сфер" в 1543 г. Но гелиоцентрические идеи, высказанные там, были всего лишь гипотезой, нуждавшейся в доказательстве. Поиск аргументов в пользу этой гипотезы и стал основной задачей научной революции XVI–XVII вв., которая начинается с работ И. Кеплера.

И.

Кеплер —

великий астроном и математик

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в. в трудах величайшего астронома мира Иоганна Кеплера (1531–1630).

Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил величайший научный подвиг — заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явления природы.

Его первая книга, изданная в 1597 г., вышла под интересным названием "Космографическая тайна". В этой работе, находясь под влиянием пифагорейцев о всемогущей силе чисел, Кеплер поставил задачу найти числовые отношения между орбитами планет. Пробуя различные комбинации чисел, он пришел к геометрической схеме, по которой можно было отыскивать расстояния планет от Солнца.

В 1609 г. в Праге вышла в свет книга Кеплера "Новая астрономия, или Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге".

В этой книге и были сформулированы первые два закона о движении планет.

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых
находится Солнце.

2. Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные
промежутки времени описывает равные площади.

В 1619 г. выходит произведение Кеплера "Гармония мира", содержащее третий закон небесной механики: квадраты периодов обращения планет относятся как пути больших полуосей их орбит.

Кроме уже названных выше работ, Кеплер является автором оптических трактатов "Дополнения к Вителло", "Диоптрика". В работах по оптике он дает теорию камеры-обскуры, излагает теорию зрения, исправляя ошибки Алхазена, правильно объясняет близорукость и дальнозоркость, описывает конструкцию телескопа (трубы Кеплера), рассматривает ход лучей в линзах, приходит к выводу о существовании полного внутреннего отражения, находит фокусные расстояния плосковыпуклой и двояковыпуклой линз.

Из математических работ Кеплера наиболее известны "Рудольфовы таблицы" - это астрономические планетные таблицы, над которыми Кеплер работал более 20 лет. Названы они были так в честь императора Рудольфа II. Эти таблицы в течение почти двух веков служили морякам и астрономам, составителям календарей и астрологам и только в XIX в. были заменены более точными. Своими работами по математике Кеплер внес большой вклад в теорию конических сечений, в разработку теории логарифмов, способствовал разработке интегрального исчисления и изобретению первой вычислительной машины.

Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовалось уточнение основных физических понятий и создание основ механики.

В формировании классической механики и утверждении нового ми­ровоззрения велика заслуга Г. Галилея.

Г.
Галилей —
один из основоположников опытного естествознания и новой науки

Основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Галилеем (1564-1642). Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание.

В 1586 г. появляется первое небольшое сочинение Галилея о сконструированных им гидростатических весах. А в 1589 г. двадцатипятилетний Галилей назначается профессором математики в Пизанский университет.

Три года работы Галилея в Пизанском университете овеяны рядом легенд. Одна из них рассказывала о публичных опытах молодого профессора по сбрасыванию тел с "падающей" Пизанской башни. Подобные опыты Галилей проводил для опровержения учения Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела. Галилей брал два тела, одинаковых по форме и размерам, например, чугунный и деревянный шары, чтобы отвлечься от влияния побочных обстоятельств (не учитывать сопротивления воздуха). Находя соотношения между скоростью и временем падения шаров, между пройденным путем и временем падения, он доказал, что тела падают с одинаковым ускорением.

В 1592 г. Галилей стал профессором университета в Падуе, где проработал 18 лет (по 1610 г.). Это был самый плодотворный период его деятельности. В эти годы он занимается вопросами механики (падение тел, движение их по наклонной плоскости и под углом к горизонту), гидро­статикой, теорией простейших машин и сопротивлением материалов. К концу падуанского периода Галилей открыто выступает против системы Птолемея - Аристотеля.

Услышав об изобретении зрительной трубы, Галилей начал работать над ее конструкцией. Первая труба, созданная им в течение года, давала увеличение в 3 раза. Вскоре он изготовил трубу с увеличением в 32 раза. Направив эту трубу на небо, Галилей обнаружил горы на Луне, четыре спутника у Юпитера, фазы Венеры. Млечный Путь оказался состоящим из множества звезд, число которых росло с ростом увеличения трубы. Все это не соответствовало взглядам Аристотеля о противоположности земного и небесного, а подтверждало систему Коперника. Галилей пишет "Звездный вестник", где спокойным, деловым тоном дает отчет о своих наблюдениях и делает выводы. Книга произвела на современников ошеломляющее впечатление. Галилея стали называть "Колумбом неба".

В 1612 г. Галилей издает свой труд "Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся". Работа была направлена против механики Аристотеля. Вслед за ней появляется письмо Галилея о солнечных пятнах. Это было уже столкновение с Аристотелем на главном участке, и оно не могло пройти не замеченным церковью. В своих доносах в святую инквизицию перипатетики¹
обвиняли Галилея в том, что он доказывает движение Земли и неподвижность Солнца. Они пытаются добиться запрещения учения Коперника.

С 1616 по 1623 гг. Галилей хотя и молчит, но много работает, скрывая результаты своих трудов от внешнего мира. В 1629 г. Галилей закончил свою основную работу "Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой". По этому поводу он писал: "Я довел почти до пристани мой "Диалог" и раскрыл весьма явственно многое, что мне казалось почти не­объяснимым". В "Диалог" вошли все произведения Галилея, все то, что было создано им с 1590 по 1625 г. Цель ученого - представить не только астрономические, но и механические доводы в пользу истинности учения Коперника.

Опровергая аргументы Птолемея против вращения Земли путем разбора множества механических явлений, Галилей приходит к открытию закона инерции и механического принципа относительности. Открытием закона инерции было ликвидировано многовековое заблуждение, выдвинутое Аристотелем, о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Оказалось, что равномерное и прямолинейное движение, равно как и покой, может существовать при отсутствии всяких сил. Это имело огромное не только чисто научное, но и мировоззренческое значение. Как известно, к инерциальным системам отсчета относятся покоящиеся (неподвижные) системы и системы, которые движутся относительно неподвижных равномерно и прямолинейно. Равноправность таких систем Галилей доказывает различными опытами и логическими рассуждениями. В результате он приходит к очень важному выводу: "Никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно". Это и есть механический принцип относительности.

Книга Галилея "Диалог" вызвала восторг в научных кругах всех стран и бурю негодования среди церковников. Иезуиты немедленно начали кампанию против Галилея, которая привела ко второму процессу инквизиции в 1633 г. Инквизиция пригрозила Галилею не только осудить его как еретика, но и уничтожить все его рукописи и книги. От него требовали признания ложности учения Коперника. Галилей вынужден был уступить. Ценой тягчайшей моральной пытки, невероятных унижений перед теми, кого он так страстно бичевал в своих произведениях, Галилей купил возможность завершения своего дела.

Галилей по праву считается одним из основоположников опытного естествознания и новой науки. Именно он впервые сформулировал требования к научному эксперименту, состоящие в устранении побочных обстоятельств, в умении видеть главное и отвлечься от несущественного. Путем эксперимента Галилей опроверг учение Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела. Он был первым, кто направил зрительную трубу на небо в научных целях, тем самым значительно расширив сферу познания. Это был переворот в мировоззрении и методе науки: бесконечная Вселенная могла исследоваться методами земной механики.

Галилей верил в силу человеческого разума, в бесконечность познания: "Кто возьмет на себя смелость поставить предел человеческому духу? Кто решится утверждать, что мы знаем все, что может быть познано?". Большое внимание он обращал на полноту и точность формулировок выдвигаемых положений. Следует заметить, что работы Галилея написаны языком, близким к современному.

Что же Галилей конкретно сделал в механике? Он пришел к открытию закона инерции и сформулировал механический принцип относительности движения, обобщенный позднее А. Эйнштейном. Галилей впервые дал строгое определение равноускоренного движения, нашел законы изменения скорости и пути в этом движении. Он показал, что такое движение свойственно свободно падающему телу.

Галилей доказал, что тело, брошенное под углом к горизонту, будет лететь по параболе. Он дал метод расчета траектории для любых углов вылета и различных начальных скоростей, показав, что наибольшая дальность полета достигается при вылете тела под углом 45° к горизонту.

Галилей впервые установил, что период колебаний маятника зависит лишь от длины подвеса (если массой подвеса можно пренебречь по сравнению с массой тела) и не зависит от амплитуды качаний (если она мала). Так как движение маятника можно рассматривать как последовательный ряд падений и подъемов тела по дуге окружности, то, в случае независимости скорости падения тела от его тяжести, маятники одинаковой длины должны иметь равные периоды колебаний независимо от веса грузов. Взяв два маятника с одной и той же длиной подвеса, одинаковые

по форме и размерам, но разные по весу, Галилей установил одинаковость их периодов колебания, опровергнув тем самым положение Аристотеля о большей скорости падения тяжелых тел.

Что касается оптики, то Галилей впервые не только предположил, что скорость света является конечной величиной, но и сделал первую попытку определить ее в земных условиях (это общеизвестный опыт с двумя наблюдателями, у каждого из которых имелся зажженный фонарь). Хотя опыт окончился неудачей (иначе и не могло быть из-за большого значения скорости света, о чем Галилей не предполагал), но сама попытка доказать конечность скорости света и в принципе верная методика были для того времени, несомненно, очень смелым и прогрессивным шагом.

Галилей расчистил путь для творцов классической и современной физики, и его бессмертные творения будут всегда служить примером того, как гениально он "всю жизнь читал открытую для всех великую книгу природы".

Факел научного знания, зажженный Галилеем, подхватил И. Ньютон. В его трудах и открытиях дело жизни итальянского ученого нашло свое блестящее завершение.

И.
Ньютон и создание фундамента классической физики

Результаты естествознания XVI-XVII вв. обобщил Исаак Ньютон (1643-1727). Именно он завершил постройку фундамента нового классического естествознания.

Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. В 1666 г., пропуская свет через трехгранную стеклянную призму, он обнаружил его сложный состав, разложив на семь цветов (в спектр), т.е. открыл явление дисперсии. Кроме того, обнаружив хроматическую аберрацию у линз и считая ее неустранимой, Ньютон пришел к выводу, что линзы в телескопе надо заменить сферическими зеркалами. В своих работах по оптике Ньютон поставил очень важный и сложный вопрос: "Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами? ". Последователи Ньютона ответили на этот вопрос утвердительно и однозначно, и гипотеза истечения, подкрепленная авторитетом Ньютона, стала господствующей в оптике XVIII в., несмотря на возражения против нее Ломоносова, Эйлера и других ученых, несмотря на успехи волновой теории Гюйгенса.

Очень интересна также мысль Ньютона о возможном превращении тел в свет и обратно. "Превращение тел в свет и света в тела соответствуют ходу природы, которая как бы услаждается превращениями", - говорил Ньютон. И действительно, в 1933-1934 гг. были открыты факты превращения заряженных частиц электрона и позитрона в свет и обратно. Так Ньютон предугадал одно из далеких будущих открытий атомной физики.

1687 год вошел навсегда в историю физики как год выхода в свет выдающегося труда профессора Кэмбриджского университета Исаака Ньютона "Математические начала натуральной философии" (иногда его называют "Математическими основами естествознания" и даже просто "Началами"). Однако многие тогда не поняли значения этого события для науки. Достаточно сказать, что некоторые из профессоров университета, по словам секретаря Ньютона, получив экземпляр "Начал" и перелистав его страницы, хмуро заявляли, что надо лет семь еще учиться, прежде чем что-нибудь понять в этой книге.

"Начала" - вершина научного творчества Ньютона - состоят из трех частей: во- первых двух речь идет о движении тел, последняя часть посвящена системе мира.

Приведем формулировку законов Ньютон в русском переводе сделанном академиком А. Н. Крыловым.

I. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или
равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не
понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, - взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.

Четвертым законом, который Ньютон формулирует в своих "Началах", был закон всемирного тяготения.

Во второй части Ньютон рассмотрел силы сопротивления среды при движении в ней тел, гидро- и аэростатику, законы волнового движения, простейшие случаи вихревых движений.

В третьей книге ученый изложил общую систему мира и небесную механику, в частности, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движение комет, возмущения в движении планет и т. д. Рассматривая все эти явления, Ньютон везде находит подтверждение своего закона тяготения.

"Начала" Ньютона знаменовали новую эру в развитии науки. Они явились прочным фундаментом, на котором успешно строилась физика XVIII-XIX вв., получившая название классической. Книга подводила итог всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи.

В работах Ньютона раскрывается его мировоззрение и методология исследований. Ньютон был стихийным материалистом. Он был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением свести все к механике Ньютон поддерживал механистический материализм (механицизм).

Свой метод познания, названный впоследствии методом принципов, Ньютон изложил в "Правилах философствования". Этих правил четыре.

Не принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений.

Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.

3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.

4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Нельзя не сказать о математических достижениях Ньютона, без которых не было бы и его гениальной теории тяготения. Свой метод расчёта механических движений на основе бесконечно малых приращений величин - характеристик исследуемых движений - Ньютон назвал "методом флюксий" и описал его в сочинении "Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых" (закончено в 1671 г., полностью опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом Г. Лейбница он составил основу дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии и др.

Глава 7. Естествознание
XVIII
в.

В XVIII в. в механику проникают методы дифференциального и интегрального исчислений, и она становится аналитической.

Огромная заслуга в развитии механики принадлежала петербургскому академику Леонарду Эйлеру (1707-1783) и парижскому академику Жозефу Луи Лагранжу (1736-1813). "Mexaника" Эйлера появилась в 1736 г. в Петербурге в 2 томах. Eго же "Теория движения твердого тела", рассматриваемая как 3-й том "Механики", вышла в 1765 г. Эйлер определяет механику как науку о движении, изложенную аналитически (методами анализа), "благодаря чему только и можно достигнуть полного понимания вещей".

Эйлер переформулировал основные понятия ньютоновской механики, придав им современную форму, но сохранив сущность по Ньютону. Именно Эйлер впервые записал второй закон динамики в аналитической форме, сделав его основным законом всей механики. В "Теории движения твердого тела" он развил механику вращательного движения.

Эйлер своим гением охватывал все разделы математики. Прекрасные работы выполнены им в области математической физики и гидродинамики. Он написал учебники по арифметике и элементарной алгебре, введению в математический анализ и аналитической геометрии. Его система изложения тригонометрии дошла до нас почти в неизменном виде. Много работ Эйлера посвящено и чисто прикладным наукам. Двухтомная "Морская наука" сыграла колоссальнейшую роль в развитии кораблестроения и кораблевождения в XVIII в. Его "Теория движения Луны" и составленные на ее основе таблицы, сотни лет использовались мореплавателями. На основе его трехтомной "Диоптрики" создавались улучшенные конструкции телескопов и микроскопов.

XVIII век в области механики характеризуется также поисками более общих принципов, чем законы Ньютона. В этот период создается теоретическая механика. Наибольший вклад в ее развитие внес Лагранж.

Главная работа Лагранжа "Аналитическая механика" вышла в Париже в 1788 г. В ней была решена задача, которую он сам формулировал так: "Я поставил цель свести теорию механики и методы решения связанных с нею задач к общим формулам, простое развитие которых дает все уравнения для решения каждой задачи". "Аналитическая механика" Лагранжа состоит из двух частей: статики и динамики. Ирландский математик У. Гамильтон (1805-1865), оценивая вклад Лагранжа в развитие механики, писал, что "из числа последователей этих блестящих ученых (имелись в виду Галилей и Ньютон) Лагранж, пожалуй, больше, чем кто-либо другой, сделал для расширения и придания стройности всей механике. При этом красота метода настолько соответствует достоинству результата, что эта великая работа превращается в своего рода математическую поэму".

Одним из прикладных разделов оптики, получивших развитие в XVIII в., была фотометрия. Этого требовали практические нужды освещения (многие ученые занимались вопросами освещения дворцов и улиц городов). Основоположниками фотометрии являются П. Бугер (1698-1758) и И. Ламберт (1728-1777). Работа Бугера "Опыт о градации света" вышла в 1729 г., "Фотометрия" Ламберта - в 1760 г. Именно в этих работах были введены основные фотометрические понятия: световой поток, сила света, освещенность, яркость. Главным методом фотометрии был метод сравнения освещенностей. Бугер сконструировал фотометр и открыл закон поглощения света.

Учение об электричестве и магнетизме в XVIII в. получило дальнейшее развитие. В этот период закладываются основы электростатики. Большой вклад в развитие этих разделов физики внесли Франклин, Рихман, Ломоносов, Эпинус, Кулон.

Георг Рихман, профессор Петербургской академии наук, изучал электрические явления с 1745 г. Он пытался измерить электричество с помощью весов и изобрел прибор для сравнения электрических сил. С по­мощью изобретенного указателя электричества Рихман предсказал существование электрического поля вокруг заряженного тела.

В 1759 г. вышла работа петербургского академика Эпинуса (1724-1802) "Опыт теории электричества и магнетизма", где ученый ищет не отличия, а сходства между электричеством и магнетизмом. Эпинус считал, что по аналогии с законом тяготения сила взаимодействия зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон взаимодействия электрических зарядов был заново открыт в 1784 г. французским военным инженером, членом Парижской академии наук Ш. Кулоном (1736-1806) с помощью сконструированных им крутильных весов и по праву носит его имя. Только с открытием этого закона учение об элект­ричестве было поставлено на количественную основу.

Наука о теплоте в XVIII в. делает лишь первые шаги. Одним из ее разделов была термометрия, возникшая в первой четверти века. Именно в этот период создаются термометры с двумя опорными точками. Большой вклад в развитие этой отрасли науки внесли Амонтон, Фаренгейт, Реомюр, Цельсий и другие ученые.

В XVIII в. создаются первые теории теплоты. Одна из них рассматривала теплоту как особую невесомую жидкость - теплород; другая, сторонником который был М. В. Ломоносов, утверждала, что теплота - это особый род движения "нечувствительных частиц". Ломоносов считал, что теплота обусловлена вращательным движением корпускул (молекул). Поскольку нет верхнего предела скорости движения частиц, то нет, по Ломоносову, и верхнего предела температуры. Но должна существовать "наибольшая и последняя степень холода", которая состоит "в полном прекращении вращательного движения частиц". Эти мысли были изложены Ломоносовым в работе "Размышления о причине теплоты и холода", опубли­кованной в 1750 г. и явившейся одной из основополагающих работ по кинетической теории тепла.

Период 1745-1750 гг. характеризуется большими творческими достижениями Ломоносова. Он разработал и обосновал новую отрасль знания - физическую химию, кинетическую теорию теплоты и газов, сформулировал закон сохранения материи и движения.

В следующее пятилетие (1750-1755) деятельность Ломоносова развертывается также широким фронтом. Его научная работа протекает по двум направлениям: электрические явления и химия. В этот же период Ломоносов много занимается вопросами окрашивания стекла. К 1752 г. эти опыты были в основном закончены, а в 1753 г. благодаря огромным усилиям Ломоносова был пущен первый завод мозаичного стекла (ныне это знамени­тый завод художественных изделий под Санкт-Петербургом).

Ломоносов впервые предсказал существование абсолютного нуля температуры, объяснил исходя из кинетических соображений закон Бойля. Введя в химию весы, он доказал неправильность мнения об увеличении веса металлов при их обжигании в "заплавленных накрепко стеклянных сосудах". Он впервые высказал мысль о связи электрических и световых явлений, об электрической природе северного сияния, о вертикальных течениях как источнике атмосферного электричества. Защищая волновую теорию света, Ломоносов в оптике проделал большую работу по конструированию оптических приборов, по цветам и красителям, по преломлению света.

Глава 8. Развитие и завершение классической науки в
XIX
в.

Оставаясь в целом метафизической и механистической, классическая наука и особенно естествознание, готовят постепенное крушение метафизического взгляда на природу.

На первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревра­щения энергии и видов вещества (химическая атомистика). В геологии возникает теория развития Земли (Ч. Лайель), в биологии зарождается эволюционная теория (Ж.-Б. Ламарк), развиваются такие науки, как палеонтология (Ж. Кювье), эмбриология (К.М. Бэр).

Особое значение имели революции, связанные с тремя великими открытиями второй трети XIX в. - клеточной теории Шлейденом и Шванном, закона сохранения и превращения энергии Майером и Джоулем, создание Дарвином эволюционного учения. Затем последовали открытия, продемонстрировавшие диалектику природы полнее: создание теории химического строения органических соединений (A. M. Бутлеров, 1861), периодической системы элементов (Д. И. Менделеев, 1869), химической термодинамики (Я. Х. Вант-Гофф, Дж. Гиббс), основ научной физиологии (И. М. Сеченов, 1863), электромагнитной теории света (Дж. К. Максвелл, 1873).

В результате этих научных открытий естествознание поднимается на качественно новую ступень и становится дисциплинарно-организованной наукой.

XIX век стал веком торжества волновой теории света, созданной и обоснованной главным образом работами Томаса Юнга (1773-1829).

Первой работой Юнга было сочинение "Наблюдение над процессом зрения", написанное в 1793 г., в котором он разработал теорию аккомодации глаза. Занимаясь вопросами оптики, Юнг в 1800 г. сформулировал принцип суперпозиции волн, объяснил явление интерференции, введя в науку этот термин. В 1801 г. вышла его "Теория света и цвета", где была изложена волновая теория света.

В этот период в области оптики шло накопление и других экспериментальных фактов, требующих создания единой теории, объясняющей всё разнообразие оптических явлений. Создателем её явился французский инженер Огюстен Жан Френель.

Из своей теории Френель сделал вывод о том, что скорость света в стекле меньше, чем скорость света в воздухе. Вывод Ньютона, основанный на корпускулярных представлениях, был противоположным. Физика вскоре подтвердила правильность вывода Френеля.

С именем Фарадея связан последний, переломный этап классической физики. В истории естествознания это был период возникновения нового метода, нового подхода к явлениям природы. Если господствующей методологией в естествознании XVIII в. был метафизический материализм, в частности механицизм, расчленяющий мир на отдельные, несвязанные области, то открытия физики XIX в. привели к необходимости отказа от такого подхода. Идея всеобщей связи явлений материального мира, идея развития, скачкообразный переход количественных изменений в новое качество и другие положения диалектического материализма постепенно становились руководящими в исследованиях ученых.

К деятелям нового типа, стихийно использующим идею всеобщей связи явлений, принадлежал и Майкл Фарадей (1791-1867).

В начале XIX в. выяснилось, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая связь. Эрстед обнаружил, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Мысль о тесной двусторонней связи электричества и магнетизма кажется Фарадею совершенно очевидной, и уже в 1821 г. он ставит перед собой задачу "превратить магнетизм в электричество". Но только в 1831 г. М. Фарадей показал, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Эти открытия легли в основу разработки электродвигателя и электрогенератора, играющих ныне столь важную роль в технике.

С 1824 г. Фарадей - член Королевского общества. Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы Фарадей безуспешно пока пытается найти связь между магнетизмом и электричеством. Но раз Ампер смог с помощью электричества создать магниты, то почему нельзя с помощью магнитов создать электричество?! Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи каждого эксперимента, каждой мысли. О громадной работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф "Дневника" был записан под номером 16041! Следует заметить, что в 1827 г. Фарадей получил профессорскую кафедру в Королевском институте. Тщательная подготовка к лекциям тоже требовала немало времени.

Но вот упорный десятилетний труд Фарадея вознагражден: 17 октября 1831 г. триумфальный эксперимент - открыто явление электромагнитной индукции. Это был хорошо подготовленный и заранее продуманный опыт.

Вслед за открытием электромагнитной индукции Фарадей проверяет новую идею. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, движение проводника относительно магнита должно приводить к такому же следствию. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, обеспечив непрерывное относительное движение проводника и магнита. Фарадей быстро строит и испытывает новое простое устройство: между полюсами подковообразного магнита вращается медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии) снимается напряжение. Это был первый генератор электрического тока!

С ноября 1831 г. Фарадей начал систематически печатать свои "Экспериментальные исследования по электричеству", составившие 30 серий более чем из 3000 параграфов. Это великолепный памятник научного творчества Фарадея. Первая серия посвящена электромагнитной индукции; последняя (тридцатая) - законам намагничивания (вышла в свет в 1855г.). В этих сериях отражена двадцатичетырехлетняя работа Фарадея, в них жизнь, мысли и воззрения ученого.

В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного пре­вращения. Изучение процесса превращения теплоты в работу и обратно, установление механического эквивалента теплоты сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения и превращения энергии является одним из важнейших законов современного естествознания. Он выражает положение диалектического материализма о неуничтожимости и несотворимости материи и движения. Формулировка этого закона стала общеизвестной: сумма всех видов энергии изолированной системы есть величина постоянная. Истоки его уходят в глубокую древность. "Из ничего ничего не бывает" - так древними греками была выражена идея сохранения. Эта великая идея развивалась и постепенно расширяла сферу своего влияния. В процессе развития естествознания были открыты законы сохранения массы, электрического заряда, количества движения, а в середине XIX в. – закон сохранения и превращения энергии. Именно к этому периоду созрели необходимые условия для появления данного закона.

Многие учёные внесли свой вклад в его установление, но физика связывает, и по праву, его открытие в первую очередь с именами Р. Майера, Г. Гельмгольца, Д. Джоуля, Э. Ленца, М. Фарадея.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

В России, в XIX в. выдающимися представителями физики были Д.И. Менделеев, А.Г. Столетов, П.Н. Лебедев, А.С. Попов.

В марте 1969 г. научная общественность нашей планеты отметила 100-летие со дня открытия одного из фундаментальных законов естествознания - периодического закона химических элементов Д. И. Менделеева. Открытие этого закона Ф. Энгельс назвал "научным подвигом" Менделеева, который принес отечественной науке неувядающую славу и мировое признание. На основе этого закона Менделеев сумел предсказать физические и химические свойства элементов, открытых позднее. И сегодня этот закон, получив соответствующее обоснование в науке, является путеводной звездой в научных исканиях физиков, химиков.

Перу Д. И. Менделеева принадлежит более 500 научных работ по
различным проблемам химии, физики, метрологии, геологии,

воздухоплавания, педагогики.

Наиболее крупным исследованием А. Г. Столетова, принесшим ему мировую славу, является исследование фотоэффекта (1888-1890). В результате этой работы А.Г. Столетов предложил очень простой метод изучения данного явления: одна из пластин конденсатора - сплошная (в опытах Столетова это была полированная цинковая пластина) - соединяется через гальванометр с отрицательным полюсом батареи; другая - в виде сетки - соединяется с положительным полюсом. Внутренняя поверхность сплошной пластины освещается электрической дугой.

Исследование светового давления стало делом всей жизни П. Н. Лебедева. Из теории Максвелла следовало, что световое давление на тело равно плотности энергии электромагнитного поля. При полном отражении давление будет в два раза больше. Экспериментальная проверка этого положения представляла большую трудность. Во-первых, давление очень мало и нужен чрезвычайно тонкий эксперимент для его обнаружения, не говоря уже о его измерении. И Лебедев создает свою знаменитую установку — систему легких и тонких дисков на закручивающемся подвесе. Это были крутильные весы с невиданной до тех пор точностью.

Во-вторых, серьезной помехой был радиометрический эффект: при падении света на тело (тонкие диски в опытах Лебедева), оно нагревается. Температура освещенной стороны будет больше, чем температура теневой. А это приведет к тому, что молекулы газа от освещенной стороны диска будут отбрасываться с бóльшими скоростями, чем от теневой. Возникает дополнительная отдача, направленная в ту же сторону, что и световое давление, но во много раз превосходящая его (в 103 раза в опытах Крукса и Бартоли). Кроме того, при наличии разности температур возникают конвекционные потоки газа. Все это надо было устранить. П. Н. Лебедев с непревзойденным мастерством искуснейшего экспериментатора преодолевает эти трудности. Платиновые крылышки подвеса были взяты толщиной всего 0,1–0,01 мм, что приводило к быстрому выравниванию температуры обеих сторон. Вся установка была помещена в наивысший, достижимый, в то время вакуум (порядка 0,0001 мм рт. ст.). П. Н. Лебедев сумел сделать это очень остроумно. В стеклянном баллоне, где находилась установка, Лебедев помещал каплю ртути и слегка подогревал ее. Ртутные пары вытесняли воздух, откачиваемый насосом. А после этого температура в баллоне понижалась, и давление оставшихся ртутных паров резко уменьша­лось (ртутные пары, как говорят, замораживались).

Кропотливый труд увенчался успехом. Предварительное сообщение о давлении света было сделано П. Н. Лебедевым в 1899 г., затем о своих опытах он рассказал в 1900 г. в Париже на Всемирном конгрессе физиков, а в 1901 г. в немецком журнале "Анналы физики" была напечатана его работа "Опытное исследование светового давления". Работа получила высочайшую оценку ученых и стала новым, блестящим экспериментальным подтверждением теории Максвелла.

Кроме работ, связанных со световым давлением, П. Н. Лебедев много сделал для изучения свойств электромагнитных волн. Усовершенствовав метод Герца, он получил самые короткие в то время электромагнитные волны (А = 6 мм, в опытах Герца А = 0,5 м), доказал их двойное лучепреломление в анизотропных средах. Следует заметить, что приборы Лебедева были настолько малы, что их можно было носить в кармане. Например, генератор электромагнитных волн Лебедева состоял из двух платиновых цилиндриков, каждый по 1,3 мм длиной и 0,5 мм в диаметре. Зеркала Лебедева имели высоту 20 мм, а эбонитовая призма для исследования преломления электромагнитных волн была высотой 1,8 см, шириной 1,2 см и весила около 2 г. Напомним, что призма Герца для этой же цели весила 600 кг. Миниатюрные приборы Лебедева всегда вызывали восхи­щение физиков-экспериментаторов, а задача уменьшения размеров различных приборов и схем в настоящее время является одной из важнейших, стоящих перед учеными и конструкторами.

Электромагнитную теорию Максвелла экспериментально впервые доказал Г. Герц, открыв электромагнитные волны. Это открытие Герца привлекло к себе внимание самых широких слоёв общества. Именно в этот период многие сразу же высказали идею о возможности беспроволочной связи с помощью "лучей Герца". В списке учёных, решавших эту задачу, на первом месте стоит имя профессора А. С. Попова (1859-1905).

После открытия Герца, Попов увлекся электромагнитными волнами. Читая в 1889 г. в Минных классах цикл лекций "Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями", А.С. Попов сопровождал их демонстрациями. Это имело огромный успех, и А.С. Попову было предложено повторить этот цикл в Петербурге в Морском музее. Уже в этом цикле Попов высказывает мысль, что опыты и работы Герца представляют большой интерес не только в строго научном плане, но также и в возможности их применения для беспроволочной передачи сигналов.

7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А.С. Попов демонстрировал сконструированный им прибор для приема и регистрации электромагнитных колебаний.

В 1899-1900 гг. радиотелеграф А.С. Попова оказался незаменимым средством и сыграл свою первую практическую роль при снятии с камней броненосца"Генерал-адмирал Апраксин", потерпевшего аварию в районе о. Гогланда. События тех дней заставили воспользоваться телеграфом А.С. Попова и еще в одном важном деле. На льдине в море были унесены рыбаки. Их жизнь зависела от оперативности спасательной службы. Приказ ледоколу "Ермак", находящемуся в море, был передан по беспроволочной связи. Рыбаки были спасены. Так всем стала очевидна огромная польза этого изобретения.

В XIX и начале XX в. наука вступила в свой золотой век. Во всех ее важнейших областях произошли удивительные открытия, широко распространилась сеть институтов и академий, организованно проводивших специальные исследования различного рода, на основе соединения науки с техникой чрезвычайно быстро расцвели прикладные области. Оптимизм этой эпохи был напрямую связан с верой в науку, ее способность до неузнаваемости преобразить состояние человеческого знания, обеспечить здоровье и благосостояние людей.

Сложившаяся ситуация в науке и мировоззрении требовала своего разрешения. Оно появилось в ходе новейшей революции в естествознании, начавшейся с 90-х гг. XIX в. и продолжавшейся до середины XX в. Это была глобальная научная революция, по своим результатам и значению сравнимая с революцией XVI–XVII вв. Она началась в физике, затем проникла в другие естественные науки, кардинально изменила философские, методологические, гносеологические, логические основания науки в целом, создав феномен современной науки.

Глава 9.
Научная революция в естествознании начала XX
в.

Развитие электронной теории.

Идея атомарного строения электричества вытекала из законов электролиза Фарадея, на что в свое время обратил внимание и сам Фарадей, указывая, что "атомы тел, эквивалентные друг другу в отношении их обычного химического действия, содержат равные количества электричества, естественно связанного с ними".

Максвелл в своем "Трактате об электричестве и магнетизме" тоже говорит о "молекуле электричества", но считает, что "теория молекулярных зарядов" хотя и "служит для выражения большого числа фактов электролиза", однако является временной и будет отброшена, как только на основе поля появится теория электрического тока.

В 1875 г. голландский физик Г.А. Лоренц в своей докторской диссертации "К теории отражения и преломления лучей света" объясняет изменение скорости света в среде влиянием ее заряженных частиц. Лоренц считает, что теория Максвелла нуждается в дополнении, так как в ней не учитывается структура вещества. В ней свойства тел характеризуются различными коэф­фициентами: диэлектрической и магнитной проницаемостью, проводимостью. "Но мы не можем удовлетвориться простым введением для каждого вещества этих коэффициентов, значения которых должны определяться из опыта. Мы будем принуждены обратиться к какой-нибудь гипотезе относительно механизма, лежащего в основе этих явлений. Эта необходимость и привела к представлению об электронах, т. е. крайне малых электрически заряженных частицах, которые в громадном количестве присутствуют во всех весомых телах", - писал Лоренц.

В начале XX в. работами немецкого физика П. Друде (1863-1906) и Г. Лоренца была создана электронная теория металлов, позволившая получить теоретически многие ранее открытые законы: Ома, Джоуля - Ленца и др. Эта теория была построена на следующих положениях.

1. В металле есть свободные электроны - электроны проводимости, образующие электронный газ, аналогичный по своим свойствам идеальному.

2. Остов металла образует кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы.

3. При своем движении электроны сталкиваются с ионами.

4. При наличии электрического поля электроны приходят в
упорядоченное движение под действием сил поля.

В результате работ Дж. Томсона был открыт электрон и определен его удельный заряд. Однако ни заряд, ни масса электрона отдельно еще не были известны. Нужны были новые эксперименты для определения этих фундаментальных величин. Первыми наиболее точными из них следует назвать опыты американского физика Р. Милликена (1868-1953) в 1909-1914 гг. Идея этих опытов сводилась к наблюдению за падением заряженной капли масла в однородном поле плоского конденсатора (рис. 6).

В результате многочисленных экспериментов с использованием масляных капель различного веса и при разных условиях Милликен заключил, что в каждом случае заряд капли изменялся на величину, равную или кратную значению некоторого основного заряда е
- заряда электрона. Эти опыты не только явно доказывали дискретность электрического заряда, но и позволили определить его наименьшую величину. Подобные опыты были проведены разными учеными, в том числе и академиком А. Ф. Иоффе. Опыт Иоффе был сходен с опытом Милликена, но вместо капель масла использовались металлические пылинки. В результате всех этих опытов в физике были установлены важнейшие физические константы: заряд электрона е
= -1,60 · 10^–19
Кл, масса электрона m_e

= 9,1 · 10^–31
кг. Еще в 1902 г., определяя отношение е /m
для электрона, Кауфман обнаружил, что оно не является постоянной величиной, а зависит от скорости частиц. Работая с β-лучами (поток быстрых электронов) и действуя на них электрическим и магнитным полем, Кауфман обнаружил, что e/m
уменьшается с ростом скорости. Из этого следовало, что с ростом скорости электрона либо уменьшается его заряд, либо увеличивается его масса.

Для объяснения этого и ряда других явлений в этот период создаются различные гипотезы. Справедливость одних и ошибочность других были установлены новыми экспериментами и специальной теорией относительности (СТО).

Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности

В начале 90-х годов XIX в. Г. Лоренц на основе своей электронной теории и гипотезы о неподвижном эфире выводит уравнения электромагнитного поля для движущихся сред [6]. И делает очень важный вывод: никакие оптические и электромагнитные опыты, проведенные в равномерно и прямолинейно движущейся системе отсчета, не в состоянии обнаружить этого движения. Таким образом, Лоренц сформулировал принцип относи­тельности для электромагнитных процессов, но, к сожалению, не придал ему того большого значения, какое он заслуживал. Дальнейшее развитие электродинамики движущихся сред принадлежит французскому математику Анри Пуанкаре (1854-1912). Именно он в 1900 г. на Парижском конгрессе физиков порицал Лоренца за недооценку им принципа относительности, считая его, со своей стороны, общим законом природы. Отрицательный результат опыта Майкельсона, по мнению Пуанкаре, как раз и является выражением этого закона. В 1904 г., называя принцип относительности в числе основных принципов физики, Пуанкаре отмечает, что "законы физических явлений будут одинаковыми как для покоящегося наблюдателя, так и для наблюдателя, находящегося в состоянии равномерного прямолинейного движения, так что мы не имеем и не можем иметь никаких средств, чтобы различить, находимся мы в таком движении или нет".

Так принцип относительности, сформулированный Галилеем для механических явлений в начале XX в., был распространен на любые физические процессы. Небезынтересно отметить, что, рассматривая влияние принципа относительности на гравитацию, Пуанкаре приходит к выводу, что скорость распространения сил тяготения должна равняться скорости света.

Итак, мы видим, что предшественники А. Эйнштейна немало сделали для появления теории относительности. Однако, развивая электродинамику и стремясь объяснить опыты, они опирались на концепцию эфира. Подойдя к принципу относительности, они не смогли поставить вопрос о постоянстве и, особенно, о предельном значении скорости света. Это и было сделано А. Эйнштейном (1879-1955). Основополагающая работа Эйнштейна по теории относительности называлась "К электродинамике движущихся сред". Она поступила в редакцию журнала "Анналы физики" 30 июня 1905 г. Работа состояла из двух частей. В первой из них были изложены основы новой теории пространства и времени, во второй - применение этой теории к электродинамике движущихся сред. В основу своей теории Эйнштейн кладет два постулата.

Принцип относительности - в любых инерциальных системах все физические процессы: механические, оптические, электрические и другие -протекают одинаково.

Принцип постоянства скорости света - скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направ­лениях, во всех инерциальных системах и равна 3 · 10⁸
м/с.

В 1907 г. выходит новая работа А. Эйнштейна "О принципе относительности и его следствиях". В ней автор вновь говорит о связи массы и энергии и для проверки этого соотношения обращается к радиоактивным процессам. Подсчеты показали, что для проверки формулы на известных в то время радиоактивных превращениях нужно знать атомные массы элементов с точностью до пятого знака. Эйнштейн писал: "Это, конечно, недостижимо. Однако не исключено, что будут открыты радиоактивные процессы, в которых в энергию радиоактивных излучений превращается большая часть массы исходного атома, чем в случае радия".

Очень интересна последняя часть работы, где ставится вопрос о Ч> X
распространении принципа относительности на системы, движущиеся с ускорением. Именно здесь впервые появился принцип эквивалентности, согласно которому инертная масса тела равна его гравитационной массе или, что то же самое, силы гравитации физически эквивалентны силам инерции. На основе этого принципа Эйнштейн исследует влияние гравитации на ход часов и распространение света. Он делает вывод, что любой физический процесс протекает тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс, и что световые лучи искривляются в гравитационном поле. Итак, в 1907 г. Эйнштейн закладывает первые основы общей теории относительности (ОТО), над разработкой которой он неустанно работал 10 лет. Теория же, созданная им в 1905 г., в которой прин­цип относительности был сформулирован только для инерциальных систем, получила название специальной (частной) теории относительности (СТО).

В 1916 г. была опубликована общая теория относительности. Она распространила СТО на ускоренные системы. Эйнштейн ограничил применимость принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь. Зато он распространил принцип относительности на все движущиеся системы. Из ОТО был получен ряд важных выводов.

Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи.

Луч света, обладающий инертной, а следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения. В частности, такое искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект, как указывал Эйнштейн, можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения. "Было бы крайне интересно, - пишет он, - чтобы астрономы заинтересовались поставленным здесь вопросом".

3. Частота света в результате действия поля тяготения должна
изменяться. В результате этого эффекта линии солнечного спектра под
действием гравитационного поля Солнца должны смещаться в сторону
красного света, по сравнению со спектрами соответствующих земных
источников. Этот эффект, по мнению Эйнштейна, также может быть
обнаружен экспериментально. Все это было принципиально ново, и для
утверждения ОТО нужна была ее экспериментальная проверка.

Возникновение и развитие теории квантов

14 декабря 1900 г., выступая в Берлинском физическом обществе, М. Планк для решения проблемы излучения предложил свою, как он ее скромно именовал, "рабочую гипотезу". Суть ее сводилась к тому, что энергия излучается не непрерывно, как полагали раньше, а отдельными порциями, т. е. дискретно. Это стало днем рождения квантовой физики - детища XX в. Экспериментальные же корни ее уходят глубоко в XIX в. Открытие и изучение рентгеновских и катодных лучей, радиоактивности, теплового излучения, атомных спектров, фотоэффекта и ряда других явлений с полным правом можно назвать истоками квантовой физики.

Началом фундаментальных теоретических работ по тепловому излучению является открытие Кирхгофом (1824-1887) в 1859-1861 гг. закона, согласно которому отношение испускательной способности e_v

нагретого тела к его поглощательной способности a_v

не зависит от природы тела, а является одинаковой для всех тел (универсальной) функцией длины волны (частоты) и температуры. Если ввести понятие черного тела, т. е. такого, которое поглощает все падающие на него лучи, то эта универсальная функция и будет равна его испускательной способности ( e
* =
f(v
, Т). Заметим, что в природе нет абсолютно черных тел, но есть тела, близкие к ним. Например, поглощательная способность сажи, платиновой черни, черного бархата близка к 1.

Проблема излучения не давала Планку покоя, и он постоянно думал над ней. Рассказывают, что незадолго до своего великого открытия он поднялся на самую высокую и труднодоступную в своей альпинистской практике горную вершину. Воодушевленный победой, Планк погрузился в работу. Сначала он полуэмпирическим путем нашел формулу, которая хорошо совпадала с результатами эксперимента во всем спектре. Но формуле надо было дать реальное физическое звучание и обосновать установленный закон. "После нескольких недель напряженнейшей в моей жизни работы темнота рассеялась, и наметились новые, не подозреваемые ранее дали", -вспоминал позднее Планк. А суть дела заключалась в том, что Планк вынужден был отказаться от одного из основных положений классической физики - о непрерывном (сколь угодно малыми величинами) излучении энергии и принять новую гипотезу: излучение энергии может происходить только вполне определенными (дискретными) порциями - квантами. Величина кванта энергии: е₀
=
hv
,
где h
- универсальная постоянная, получившая название постоянной Планка; v
- частота излучения. Так, в физике появился квант энергии и совершенно новая величина h
- квант действия, которая наряду с уже известными атомизмом вещества и электричества указывала на атомизм действия и энергии, что было совершенно чуждо классическим представлениям.

Но как быть с представлениями классической физики? И Планк дрогнул. В физике сложилась, пожалуй, беспримерная ситуация: выдвинув великую идею, творец испугался масштаба ее последствий. А квантовая гипотеза тем временем пробивала себе дорогу. И первым, кто принял кванты Планка всерьез, был молодой А. Эйнштейн. Он не только принял гипотезу Планка, а пошел дальше, заявив, что свет не только излучается, но и поглощается, и распространяется квантами. Световой квант был назван позднее фотоном. Развитием этой идеи явилась фотонная теория света, возродившая на новом уровне корпускулярные представления о нем и вскоре доказанная экспериментально.

Используя гипотезу световых квантов, А. Эйнштейн получил обобщенный закон фотоэффекта, разработал квантовую теорию теплоемкости. Для этого выдающегося ученого с самого начала было ясно, что квантовая гипотеза в любой своей форме несовместима с классическими представлениями, что все попытки введения ее в электродинамику Максвелла обречены на неудачу.

Роль открытия Планка постепенно была оценена всеми физиками. Эту оценку мы подытожим словами А. Эйнштейна: "Открытие Планка стало основой всех исследований в физике XX в. и с тех пор почти полностью обусловило ее развитие. Больше того, оно разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики". Такой основой стала квантовая механика. Но это будет значительно позже.

Атомная физика

В январе 1896 г. над Европой и Америкой прокатился тайфун газетных сообщений о сенсационном открытии профессора Вюрцбургского университета Вильгельма Конрада Рентгена (1845-1923). Казалось, не было газеты, которая бы не напечатала снимок кисти руки, принадлежащей, как выяснилось позже, Берте Рентген - жене профессора. А профессор Рентген, запершись у себя в лаборатории, продолжал усиленно изучать свойства открытых им лучей.

20 января 1896 г. американские врачи с помощью лучей Рентгена уже впервые увидели перелом руки человека. С тех пор открытие немецкого физика навсегда вошло в арсенал медицины. Росла и слава Рентгена, хотя ученый относился к ней с полнейшим равнодушием. Он не стал брать патент на свое открытие, отказался от почетной, высокооплачиваемой должности члена академии наук, от кафедры физики в Берлинском университете, от дворянского звания.

Хотя самим Рентгеном и другими учеными много было сделано по изучению свойств открытых лучей, однако природа их долгое время оставалась неясной. Но вот в июне 1912 г. в Мюнхенском университете, где с 1900 г. работал К. Рентген, М. Лауэ (1879-1960), В. Фридрихом и П. Книппингом была открыта интерференция и дифракция рентгеновских лучей. Это доказывало их волновую природу.

Дифракция рентгеновских лучей вскоре стала не просто достоянием физиков, а положила начало новому, очень сильному методу исследования структуры вещества - рентгеноструктурному анализу. В 1914 г. М. Лауэ за открытие дифракции рентгеновских лучей, а в 1915 г. отец и сын Брэгги за изучение структуры кристаллов с помощью этих лучей стали лауреатами Нобелевской премии по физике. В настоящее время мы знаем, что рентгеновские лучи - это коротковолновое электромагнитное излучение с большой проникающей способностью.

Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям. Их изучение привело к новым открытиям, одним из которых явилось открытие радиоактивности.

Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем (1862–1908) и изучено Пьером Кюри (1859–1906) и его женой Марией Кюри-Склодовской (1867–1934). 13 ноября 1903 г. супруги Кюри одновременно с Беккерелем получают телеграмму из Стокгольма, о присуждении им троим Нобелевской премии по физике за выдающиеся открытия в области радиоактивности.

Возникновение и развитие теории атома

Создатель первоначальной квантовой теории атома - крупнейший физик современности Нильс Бор (1885-1962).

Суть теории Бора была выражена в трех постулатах.

Существуют некоторые стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает и не поглощает энергии. Этим стационарным состояниям соответствуют вполне определенные (стационарные) орбиты.

Орбита является стационарной, если момент количества движения электрона (L
= mm
)
кратен h
/2
π
= И,
т.е. L
=
mvr
=
n
ħ,
где n =
1, 2, 3, ... -целые числа.

3. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое
испускается или поглощается один квант энергии hv_nm

=
W_n

-
W_m

где W_n

,
W_m

-

энергия атома в двух стационарных состояниях, h
- постоянная Планка, v_nm

- частота излучения. При W_n

>
W_m

происходит излучение кванта, при W_n

<

W_m

- его поглощение.

*♦ . Это был переворот, пусть пока не

«S*^WU
окончательный, во взглядах физиков на атом. "* Его дальнейшим углублением явилась квантовая механика.

Эти постулаты Бор использовал для расчета ***
простейшего атома (водорода), рассматривая первоначально наиболее простую его модель: неподвижное ядро, вокруг которого по круговой орбите вращается электрон. Объяснение спектра водорода было большим успехом Рис. 7. Модель атома Бора теории Бора.

Квантовые постулаты Бора были лишь первым шагом в создании теории атома, поэтому пришлось воспользоваться следующим приемом: сначала задача решалась при помощи классической механики (заведомо неприменимой полностью к внутриатомным движениям), а затем из всего непрерывного множества состояний движения, к которым приводит классическая механика, на основе квантовых постулатов отбирались квантовые состояния. Несмотря на все несовершенство этого метода, он привел к большим успехам - позволил объяснить сложные закономерности в атомных и молекулярных спектрах, осмыслить природу химических взаимодействий и др. Такой подход, по сути, является частным случаем общего принципа, играющего важную роль в современной

теоретической физике - принципа соответствия, который гласит, что всякая неклассическая теория в соответствующем предельном случае переходит в классическую.

Важным достижением Бора и других исследователей было развитие представления о строении многоэлектронных атомов. Предпринятые шаги в развитии теории строения более сложных (чем водород) атомов и объяснении структуры их спектров принесли некоторые успехи, однако здесь исследователи столкнулись с большими трудностями. Введение четырех квантовых чисел, характеризующих состояния электрона в атоме, установление принципа Паули (согласно которому две тождественный частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном состоянии) и объяснение периодической системы Менделеева - большие успехи теории атома Бора.

Глава 10.
Кризис современной науки.
На пути к постнеклассической

науке XXI
в.

С середины XX в. современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические оценки со стороны философов, культурологов, деятелей литературы и искусства. По их мнению, техника умаляет и дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями, она отнимает его у живой природы, ввергая в безобразно унифицированный мир, где цель поглощают средства, где промышленное производство превратило человека в придаток машины, где решение всех проблем видится в дальнейших технических достижениях, а не в человеческом их решении. Под воздействием нескончаемых технических новшеств современная жизнь меняется с неслыханной быстротой.

К этой гуманистической критике вскоре присоединились более тревожные конкретные факты неблагоприятных последствий научных достижений. Опасное загрязнение воды, воздуха, почвы планеты, вредоносное воздействие на животную и растительную жизнь, вымирание бесчисленных видов, коренные нарушения в экосистеме всей планеты — все эти серьезные проблемы, вставшие перед человеком, заявляли о себе все громче и настойчивей.

Эти факты, которые отчетливо проявляются в современной науке и мировоззрении, говорят об их кризисе, разрешить который сможет только новая глобальная мировоззренческая революция, частью которой будет и новая революция в науке.

На пороге XXI в. естествознание вступает в новую историческую фазу своего развития — на уровень постнеклассической науки.

Для постнеклассической науки характерно выдвижение на первый план междисциплинарных, комплексных и проблемно ориентированных форм исследований. В определении познавательных целей науки все чаще начинают играть решающую роль не внутринаучные цели, а внешние для науки цели - цели экономического, социального, политического, культурного характера. Объектами современных междисциплинарных исследований становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием. Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами, так как с течением времени они формируют новые уровни своей организации, изменяют свою структуру, характеризуются принципиальной необратимостью процессов и т.п. Среди таких систем особое место занимают природные комплексы, в которые включен человек (объекты экологии, медико-биологические объекты, объекты биотехнологии, системы человек - машина и др.)

Постнеклассическая наука, по мнению учёных-науковедов, будет обладать следующими чертами.

Прежде всего, наука должна будет осознать свое место в общей системе человеческой культуры и мировоззрения. Всё, что создано человеком, является частью его культуры, важно и нужно для человека, выполняет свои собственные задачи, но имеет и свои границы применимости, которые должно осознавать и не переходить. Именно это должна сделать постнеклассическая наука - осознать пределы своей эффективности и плодотворности, признать равноправие таких сфер человеческой деятельности и культуры, как религия, философия, искусство, признать возможность и результативность нерациональных способов освоения действительности.

Постмодернистская наука больше интересуется образом самой себя как некоей социокультурной реальности, включает в свой предмет человека, допуская элементы субъективности в объективно-истинном знании. Это - современная тенденция гуманизании науки. Полученный образ не является застывшим, окончательным, он ориентирован на непрерывное обновление, открыт инновациям.

Важной чертой постнеклассической науки должна быть комплексность - стирание граней и перегородок между традиционно обособленными естественными, общественными и техническими науками, интенсификация междисциплинарных исследований, невозможность разрешения научных проблем, без привлечения данных других наук.

Научная деятельность будет связана с революцией в средствах хранения и получения знаний (компьютеризация науки, использование сложных и дорогостоящих приборных комплексов, приближающих науку к промышленному производству), с возрастанием роли математики.

Библиографический список

1. Бернал, Дж. Наука в истории общества / Дж. Бернал. — М.: Мир, 1958.

2. Виргинский, B.C. Очерки истории науки и техники до середины XV в. / B.C. Виргинский, В.Ф. Хотеенков.— М.: Просвещение, 1993.

3. Гайденко, П.П. Эволюция понятия науки / П.П. Гайденко. — М.: Мысль, 1980.

4. Ильин, В.В. Природа науки / В.В. Ильин, А.Т. Калинкин. — М.: Знание, 1985.

5. Петров, М.К. Социально-культурные основания развития современной науки / М.К. Петров. — М.: Наука, 1992.

6. Тарнас, Р. История западного мышления / Р. Тарнас. — М.: Мир, 1995.