Geum.ru

Найдыш В. М. Концепции современного естествознания

Вид материалаУчебник
Подобный материал:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   36


+ Возможность пренебречь атомным строением измерительных приборов — одна из общих черт классического, релятивистского и квантового способов описания.


240


+ Уверенность в том, что структура познания в области физики, так же как и структура мира физических элементов, не претерпевает существенных качественных изменений, что классический способ описания вечен и неизменен. Как качественно неизменен физический мир, движение элементов которого сводится к непрерывному механическому перемещению частиц материи, неизменны физические закономерности, так же неизменен и метод познания этого мира и его законов.


+ Теоретическое описание мира осуществляется с помощью трех видов логических форм: понятий, теорий и картины мира. Различие между физической теорией и физической картиной мира — количественное (по степени обобщения), но не качественное; фундаментальная физическая теория и есть (в силу наглядности ее понятий) физическая картина мира.


Кардинальные изменения в понимании природы физического познания, структуры его познавательных средств произошли в методологии физики в начале XX в. и были одним из следствий физической революции, которая перевела физику на уровень ее «неклассического» развития.


7.2. Развитие астрономической картины мира


7.2.1. Создание внегалактической астрономии. В течение столетий астрономия развивалась как наука о Солнечной системе, а мир звезд оставался целиком загадочным. Только в XVIII в. обозначился переход астрономии к изучению мира звезд и галактик. Начальные шаги на этом пути бьши связаны с первыми оценками межзвездных расстояний. Основой для этого служили измерения О. Рёмером скорости света и открытие И. Кеплером закона ослабления силы света с расстоянием. Опираясь на эти данные, X. Гюйгенс показал, что свет от Сириуса до нас идет несколько лет, а в 1761 г. И. Ламберт уточнил эти данные и показал, что от Сириуса свет до нас идет 8 световых лет. Постепенно осознавалась колоссальность межзвездных расстояний. Важным достижением астрономии XVIII в. было и открытие собственных движений звезд (Э. Галлей, 1718).


В XVIII в. по мере увеличения возможностей телескопов удалось выявить новый тип космических объектов — туманности, большинство из которых оказались колоссальными, удаленными от нас на огромные расстояния скоплениями звезд — галактика-


241


ми [1]. Астрономия постепенно становилась внегалактической. Выдающаяся роль в создании внегалактической астрономии принадлежит английскому астроному Ф. В. Г е р ш е л ю, который был конструктором уникальных для его времени телескопов (с зеркалом диаметром 1,5 м), выдающимся наблюдателем, основателем звездной и внегалактической астрономии.


1 Мы пишем слово «Галактика» с прописной буквы, когда речь идет о той галактической системе, к которой принадлежит наше Солнце. Когда же речь идет о других галактических системах или об общем понятии такой системы, употребляем слово «галактика» (со строчной буквы). То же относится и к термину «вселенная»: мы пишем «Вселенная» с прописной буквы там, где речь идет о наблюдаемой нами Вселенной, в которой мы живем; если мы говорим о модельных (возможных, иных) вселенных, мы пишем «вселенная» (со строчной буквы).


Мировую славу Гершелю принесли его открытия в Солнечной системе: открытие планеты Уран (1781), нескольких спутников Урана и Сатурна, сезонных изменений полярных «шапок» Марса, периода вращения кольца Сатурна, движения всей Солнечной системы в пространстве в направлении к созвездию Геркулеса и др. Гершель установил существование двойных и кратных звезд как физических систем, уточнил оценки блеска у 3 тыс. звезд, обнаружил переменность в некоторых из них, первым отметил различное распределение энергии в спектрах звезд в зависимости от их света, и др.


Совершенно особой заслугой Гершеля являются его исследования туманностей. Он открыл свыше 2,5 тыс. новых туманностей. Хотя к его времени их было известно уже около 150, о природе этих объектов высказывались лишь смутные и противоречивые догадки. Гершель стал первым изучать мир туманностей, увидев в этом путь к познанию не только строения, но и истории Вселенной. Он впервые попытался измерить Галактику и оценить размеры и расстояния до других туманностей, допуская их сходство с нашей Галактикой. Гершель впервые отметил закономерности крупномасштабной структуры мира туманностей в целом, тенденцию туманностей к скапливанию, стремление их объединяться в крупные протяженные «пласты», состоящие как из отдельных туманностей, так и из их скоплений.


Исследования Гершеля способствовали становлению теории островной Вселенной: расстояния между туманностями сильно превосходили размеры объектов (туманностей). Эта теория была высказана Т. Райтом и оказала большое влияние на формирование И. Кантом его космогонической гипотезы.


242


Важным элементом астрономической картины мира XVIII в. явилась высказанная Э. Сведенборгом, И.Г. Ламбертом и независимо от них И. Кантом идея космической иерархии — субординированное отношение космических систем разной степени организации, включенность систем низших порядков в системы высших порядков. Так, например, Ламберт утверждал, что существуют во Вселенной системы нескольких порядков: планеты со спутниками; Солнце (равно как и другие звезды) с планетами; большие звездные сгущения в Млечном Пути; Млечный Путь и другие подобные ему скопления звезд, видимые из-за огромных расстояний как туманности; гипотетические системы высших порядков, включающие в себя туманности. Все эти системы Ламберт считал находящимися в непрерывном движении — каждая вокруг своего центра тяжести, т.е. подчиняющимися закону всемирного тяготения.


7.2.2. Формирование идеи развития природы. Идея развития природы — это представление о том, что природа в ходе непрерывного движения и изменения своих форм с течением времени образует (либо сама, либо с помощью надприродных, сверхъестественных сил) из простейших, низших, мало организованных форм качественно новые, высшие, более сложные, более организованные формы (уровни, системы). Такая направленность развития от низшего к высшему называется прогрессом.


Эта идея созревала долго и сложно. Так, в античной культуре еще не было понятий о развитии и прогрессе. Движение природы и общества во времени трактовалось античными мыслителями как чередование неизменных в своей основе событий — как круговорот, циклическое возвращение к старому (например, учение Гераклита о периодическом мировом пожаре, и др.).


На этапе феодально-религиозной культуры складывались лишь отдельные предпосылки идеи развития (образ качественной противоположности материального и духовного миров и др.). Но формирования самой идеи развития не произошло, поскольку феодализма, как и для всех обществ с простым воспроизводством, свойственны апология старины, установка на незыблемость традиций, неизменность сложившихся общественных и природных форм, недоверие ко всему новому. Феодальная культура консервативна, сковывает творческие возможности человека, для нее характерна боязнь исторической перспективы.


243


Только в условиях зарождения капиталистических, товарно-денежных отношений, с утверждением в общественном сознании атмосферы исторического оптимизма формируется идея развития, прогресса природы и общества. В XVII в. идея прогресса возникает как механистически трактуемая идея эволюции природы (в трудах Р. Декарта по космогонии и др.). Под влиянием результатов Нидерландской (XVI в.) и Английской (XVII в.) буржуазных революций идея прогресса природы постепенно перерастает в идею неограниченного социального прогресса, прогресса общества, науки и культуры. Их объединение завершилось в середине XVIII в., и с этого времени идеи прогресса природы, общества и культуры (науки) оказались тесно связанными между собой.


Но одно дело идея развития, а совсем другое дело — теория развития, которая не просто констатирует существование развития, а объясняет его, указывает на его предпосылки, условия, факторы, закономерности, вскрывает направление развития, определяет его типы и т.д. В настоящее время существуют разные теории развития: метафизические, диалектические, эмерджент-ные, системно-синергетические и др. В XVII—XVIII вв. существовали лишь метафизические теории развития. Согласно этим теориям развитие — это простое количественное изменение (без скачков, перерывов постепенности, переходов количества в качество, борьбы противоположностей и др.), в котором возможно участие нематериальных (сверхъестественных, божественных) сил.


Ведущая тенденция в естествознании XVII—XVIII вв. состояла в том, чтобы свести до минимума участие божественных факторов в объяснении развития природы и общества, а в лучшем случае — и вовсе избавиться от них. Наиболее ярко, контрастно эта тенденция проявилась в астрономии.


7.2.3. Идея развития в астрономии. Идею развития природы внес в новоевропейскую науку Р. Декарт в своей космогонии (см. 6.3.2). Декарт отвергал библейскую догму о происхождении мира в шесть дней и создал теоретическую модель происхождения мира естественным образом, поставив тем самым космогонию на почву науки. Напомним, что Богу здесь отводилась лишь роль творца материи и движения; все последующее развитие материи было естественным и в божественном участии не нуждалось.


244


Качественно новая ситуация в космогонии сложилась с созданием классической механики. И. Ньютон теоретически обосновал идею бесконечности Вселенной и таким образом в космологии (науке о структуре Вселенной как целого) сделал шаг вперед по сравнению с Декартом. Сложнее обстояло дело в космогонии (учении о происхождении Вселенной, мира) (см. 6.4.3).


Ньютон считал, что закономерностей гравитационного взаимодействия масс недостаточно для последовательно механистического объяснения структуры Вселенной. Во-первых, ему была непонятна сущность тангенциальной составляющей орбитального движения планет (закон всемирного тяготения объясняет центростремительное ускорение планет, но не объясняет, откуда взялось движение планет, которое стремится удалить планету по касательной к орбите). Ньютон делает вывод, что, по-видимому, нужно допустить существование божественного «первого толчка», благодаря которому планета приобретает орбитальное движение и не падает на Солнце.


Во-вторых, в движении планет и спутников существуют возмущения, которые могут нарастать со временем. Значит, сделал вывод Ньютон, Солнечная система не обладает свойством самосохранения и потому Бог должен время от времени «подправлять» движения небесных тел, возвращать их на свои орбиты. Эти два обстоятельства вынудили Ньютона отказаться от попыток научного объяснения происхождения Вселенной и отдать его на откуп теологии.


Первая всеобъемлющая теория развития Вселенной на основе теории гравитации была создана Иммануилом Кантом, великим немецким мыслителем, философом, ученым-естествоиспытателем («Всеобщая естественная история и теория неба», 1755). Теория Канта не была чисто умозрительным построением (как теория Р. Декарта); она опиралась на конкретные геометрические, кинематические и динамические параметры, данные наблюдений, физические закономерности.


Несколько позже (1796), и независимо, П.Лапласом была построена космогоническая концепция, опиравшаяся на строгие математические и механические закономерности и во многом похожая на теорию И. Канта.


245


7.2.4. Космогония Канта — Лапласа. Исходная позиция Канта — несогласие с выводом Ньютона о необходимости божественного «первотолчка» для возникновения орбитального движения планет. По Канту, происхождение тангенциальной составляющей непонятно до тех пор, пока Солнечная система рассматривается как неизменная, данная, вне ее истории. Но достаточно допустить, что межпланетное пространство в отдаленные времена было заполнено разреженной материей, простейшими, элементарными частицами, определенным образом взаимодействующими между собой, то появляется реальная возможность на основе физических закономерностей объяснить, не прибегая к помощи божественных сил, происхождение и строение Солнечной системы. «Дайте мне только материю, и я построю вам из нее целый мир!» — любил повторять И. Кант.


Однако Кант — не атеист. Он деист и признает существование Бога, но отводит ему только одну роль — создание материи в виде первоначального хаоса с присущими ей (механистическими) закономерностями. Все дальнейшее развитие материи осуществляется естественным образом, без вмешательства Бога.


В философском отношении позиция П. Лапласа была еще более радикальна. Отвечая на вопрос Наполеона, внимательно изучавшего его работы, какое место в созданной им космогонической концепции отведено Богу, Лаплас гордо заявил: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе!» Такая позиция ученого прямо вытекала из результатов его исследований популярной в XVIII в. проблемы устойчивости Солнечной системы.


Опираясь на новый, мощный аналитический аппарат механики, Лаплас пришел к выводу, что, поскольку, во-первых, все планеты вращаются в одном направлении, в о – в т о р ы х, их орбиты имеют весьма малые эксцентриситеты и мало отличаются от окружностей и, в-третьих, так как их взаимные наклонения и наклонения к эклиптике имеют незначительные величины, то всеобщего тяготения достаточно для сохранения Солнечной системы. Всеобщее тяготение позволяет изменяться формам и наклонениям орбит, но только в определенных пределах; эти изменения носят периодический характер и по истечении определенного времени возвращаются к своему среднему состоянию.


246


Обобщение результатов исследований устойчивости Солнечной системы привели Лапласа к формулировке одной из ключевых методологических установок классической физики (лапласов-ского детерминизма). Согласно этой установке все элементы природы связаны между собой причинно-следственными связями таким образом, что, зная в определенный момент координаты каждого элемента, можно абсолютно однозначно предсказать положение этого элемента через любой промежуток времени; иначе говоря, мир есть грандиозная механическая система, в которой случайность если существует, то не оказывает никакого значительного воздействия на протекание природных процессов.


Однако вернемся к Канту. Основные силы, привлекаемые Кантом для объяснения развития материи: притяжение (гравитационное тяготение); отталкивание (по аналогии с газами); химическое соединение (различие частиц по плотности). В результате действия этих трех фундаментальных сил осуществлялось, по мнению Канта, развитие материи, создавались начальные неоднородности в распределении плотности материи.


Различием частиц по плотности обусловлено возникновение сгущений, которые стали центрами притяжения более легких элементов, притягиваясь в то же время к более плотным сгущениям. Но благодаря наличию силы отталкивания этот процесс сгущения не привел к концентрации материи в одном месте. Взаимодействие, борьба силы отталкивания и силы притяжения определяют возможность длительного развития мира. Движения частиц, направленные к центральному сгущению, наталкиваясь на действие силы отталкивания, превращались в вихревые движения вокруг этих сгущений. В процессе вращения вихрей большое количество частиц падало на центр сгущения, увеличивая его массу, сообщая ему взаимное движение и нагревая его. Так Кант объясняет возникновение Солнца и звезд.


Не упавшие на Солнце частицы вращаются вокруг Солнца и постепенно концентрируются в плоскости солнечного экватора, образуя пояс, кольцо частиц. В этом поясе в силу неоднородности различий плотности его частей возникают новые центры тяготения, которые постепенно сгущаются, в них концентрируется масса частиц и постепенно образовываются планеты. Аналогичным образом формируются спутники планет. В своей концепции Кант дает объяснение следующим особенностям Солнечной системы: эллиптической форме орбит; отклонению орбитальных плоскостей планет от плоскости солнечного экватора; обратной зависимости масс и объемов планет от степени их удаления от Солнца; неодинаковому числу спутников у различных планет, наличию колец у Сатурна и др.


247


Кант не ограничился построением модели развития лишь Солнечной системы. Он распространяет свои принципы на объяснение развития Вселенной в целом, понимаемой им как иерархически организованная сверхсистема галактик. Развитие Вселенной, по Канту, это процесс, который имеет начало, но не имеет конца. В каждый момент времени происходит образование новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра — места, где этот процесс начался (предположительно в районе Сириуса). В старых областях Вселенной космические системы постепенно разрушаются и гибнут. Правда, на месте погибших систем могут возникнуть новые: на потухшие солнца падают замедлившиеся планеты и кометы и вновь нагревают их.


Кант сформулировал много пророческих идей: о существовании двойных звезд, о существовании за Сатурном планет Солнечной системы, идею непрерывного перехода от планет к кометам, идею случайной флуктуации плотности, о метеорном составе кольца Сатурна, о существовании колец, подобных кольцу Сатурна, у близких планет, и др. К пророческим научным идеям, намного опередившим свое время, следует отнести и предвидение П. Лапласом понятий гравитационного коллапса и черной дыры (см.: 11.5.7). Еще в 1795 г. он пришел в выводу, что свет не может уйти от очень массивного и сильно сжатого тела.


Вместе с тем концепции Канта присущи и принципиальные недостатки. Первый из них — представление о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, первоначально находившейся в покое. Это представление противоречит закону сохранения момента количества движения в изолированной системе. Поэтому П. Лаплас был вынужден исходить из вращающегося облака материи как начального пункта.


Второй недостаток — противоречие с закономерностью распределения в Солнечной системе момента количества движения (mvr). На единицу массы вещества планет приходится в десятки тысяч раз больше лишнего количества движения, чем на такую же массу Солнца. Этого противоречия не избежал и Лаплас в своей космогонической модели.


248


Кантовская теория происхождения Вселенной была величайшим достижением астрономии со времен Коперника. Как Коперник разрушил геоцентризм — ядро аристотелевской картины мира, так Кант разрушил ядро метафизического мировоззрения — представления о том, что природа не имеет истории во времени. Кант впервые убедительно показал, что понять настоящее состояние природных систем можно только через знание истории развития этих систем.


Сформулированная в космогонии идея развития природы во второй половине XVIII — первой половине XIX в. постепенно переходит в геологию и биологию.


7.2.5. Методологические установки классической астрономии. Методологические установки классической физики стали принципиальной методологической базой всего классического естествознания. Методологические установки других естественных наук выступали в роли особенного по отношению к такому общему, как определенные модификации, учитывающие своеобразие объекта и процесса познания в данной науке. В полной мере это относится к астрономии.


Методологические установки классической астрономии состоят в следующем.


+ Признание объективного существования (до и независимо от человека и его сознания) предмета познания астрономической науки (космических тел, их систем и Вселенной в целом). В рамках метафизического мировоззрения XVII—XIX вв. такая материалистическая установка не дополнялась последовательным материалистическим решением проблемы происхождения мира. В качестве компромисса не исключалась деистическая трактовка происхождения мира. Вместе с тем проблемы космогонии не играли значительной методологической роли в классической астрономии. Как писал Дж. Гершель, «начало вещей и умозрение о творении не составляет задачи естествоиспытателя» [1].


1 Гершель Дж. Философия естествознания. СПб., 1868. С. 38.


+ Объективно существующая Вселенная (как объект астрономического познания) единственна, вечна во времени, бесконечна и безгранична в пространстве. Она представляет собой некую механическую систему множества миров (при этом не исключалась возможность их населенности), подобных нашей Солнечной системе (Дж. Бруно). Исходными составляющими космических тел являются атомы, движущиеся в пустоте.


249


+ Мир космических образований (в том числе Вселенная в целом) обладает определенной объективной структурой, изучение которой является главной задачей астрономии. Но классическая астрономия не доводит идею структурности до представления о целостной организации структурных компонентов Вселенной. Кроме того, структура космических объектов рассматривалась как неизменная (пусть даже и ставшая во времени), что обосновывалось постоянством силы тяготения. Эта установка классической астрономии уточнялась в ряде более конкретных допущений:


во-первых, Вселенная в целом и в отдельных частях макроскопична (структурные закономерности астрономических объектов разных масштабов качественно не отличаются от закономерностей, присущих окружающим нас на Земле телам);


во-вторых, Вселенная однородна и изотропна и в ней нет привилегированных точек или направлений (космологический постулат в «узком» смысле, впервые четко сформулированный Дж. Бруно);


в-третьих, Вселенная стационарна. Это не значит, что во Вселенной не происходят определенные процессы, изменения состояний космических тел и их систем. Но со временем не изменяются такие ее статистические характеристики, как распределение и яркость астрономических объектов (звезд, галактик), их средняя плотность (не равная нулю) в пространстве, и др.


+ Начиная с И. Канта, впервые показавшего действительную возможность научно обоснованного изучения истории становления Вселенной, одной из фундаментальных установок классической астрономии было представление о том, что Вселенная имеет свою историю, ее нынешнее состояние есть результат определенной эволюции. При этом считалось, что развитие космических тел есть постепенное очень медленное количественное эволюционирование, без скачков, перерывов постепенности, переходов количества в качество. Такое понимание дополнялось представлением о том, что эволюция Вселенной не нарушает ее структурную организацию и стационарность.