Аркадий Липкин - Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)

• Название: Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)
• Автор: Аркадий Липкин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-4475-3641-1

Самое сложное при столкновении с незнакомой областью – понять, что надо понимать. С ответа на этот вопрос и начинается данный курс, в котором применение специфического методологического подхода позволяет обойти сложную математику и на уровне понимания рассматривать самые глубокие и сложные вопросы естественных наук, включая концепции теории относительности и квантовой механики.

---

Аркадий Исаакович Липкин Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)

Введение

Наука подобна реке, которая хорошо видна, когда набрала силу, но образуется она в результате слияния нескольких речек, среди которых непросто найти главную, образ, заимствованный у французского математика Л. Карно (1753–1823). Одни указывают на то, что наука развилась «из ремесел и обычаев наших предков» (Дж. Бернал), и отсылают к каменному веку, когда человек начинает накапливать и передавать другим знания о мире. Другие на первый план выносят появление доказательного знания, которое возникает в философии и математике Древней Греции в середине I тысячелетия до н.э. Как известно, в древних государствах Египта и Междуречья были накоплены значительные математические знания, но только в Древней Греции начали доказывать теоремы. Следующая точка зрения на происхождение и природу науки базируется на том, что главной ее характеристикой считается опора на опытное знание. Этот подход освобождает науку от аристотелизма. Некоторые исследователи видят ее первые ростки уже в XIII–XIV вв. Многие, однако, считают, что наука как таковая возникла лишь после научной революции XVII в., когда благодаря трудам Г. Галилея и И. Ньютона появляется математизированная экспериментальная наука современного типа (образцом которой стала физика). Тогда же возникают особые научные социальные институты, такие как Лондонское королевское общество (1662) и Парижская академия наук (1666). Наконец, существует мнение, согласно которому необходимым качеством науки является оформление ее в особую профессию, что происходит лишь в конце первой трети XIX в. 1.

Можно упомянуть также не связывающий себя с историей аналитический подход к определению понятия науки через набор характерных качеств научного знания (проверяемость, системность, общность, предсказательная сила и т. д.). Но эти характеристики, интересные и важные сами по себе, не дают исчерпывающего ответа на интенсивно обсуждавшийся в XX в. вопрос о демаркации научного и ненаучного знания. Поэтому историко-генетический подход через метафору реки дает более гибкое и объемное представление о сущности науки.

С нашей точки зрения, «река науки» вполне сформировалась к XVII в. в Европе Нового времени. Ее истоки лежат в натурфилософии Древней Греции, которая возникает в VI в. до н. э. с утверждения Фалеса «все есть вода». Этим был обозначен переход от религиозно-мифологического описания мира-космоса типа гесиодовской теогонии к философскому (точнее – натурфилософскому) описанию. Такое философское знание отличается также от знания древних пророков и мудрецов. Кроме того, оно противопоставляется обыденному знанию и «техне» – рецептурному знанию-умению, знанию-искусству мастеров: философское знание относят к высокому миру умопостигаемого бытия, противопоставляемому миру «доксы» – изменчивой повседневной жизни людей. В рамках этой высокой философии формируется математическое теоретическое знание, образцом которого на многие века стала геометрия Евклида.

Различные компоненты (математика, натурфилософия, механика-инженерия) пройдя через котел эпохи возрождения сплавляются в XVII в. в новое образование – естественную науку Нового времени. Исходной точкой этой науки можно считать механику Галилея (теории движения падающего и брошенного тела), где натурфилософские модели соединяются с математическим описанием движения и экспериментом, включающим процедуры инженерного типа. Идеологическую и методологическую роль в становлении этой новой науки сыграли также Ф. Бэкон и Р. Декарт.

Развитие естественных наук (в первую очередь, физики, химии, биологии) часто представляют себе в виде следующей восходящей к Ф. Бэкону цепочки эмпирико-индуктивных обобщений:

Эмпирические факты ➔ Эмпирические закономерности ➔ Теоретические законы (1)

Еще в конце XVIII в. Д. Юм и И. Кант показали невозможность реализации такой схемы в рамках эмпиризма: теоретический закон, например закон тяготения Ньютона, универсален и всеобщ, он относится ко всем телам, в то время как эмпирическая индукция Ф. Бэкона исходит из сколь угодно большого, но конечного числа эмпирических фактов («сколько бы раз мы ни видели на озере только белых лебедей, из этого нельзя вывести закон, что все лебеди белые»). Подобная критика эмпиристского взгляда на науку была продолжена и в XIX и в XX вв., тем не менее этот взгляд популярен и сегодня.

Как мы увидим далее, Г. Галилей (ровесник Ф. Бэкона) и И. Ньютона проложили совсем другой путь развития науки, по которому и развивается до сих пор физика и ориентирующиеся на нее другие естественные науки.

Итак, под наукой далее будет иметься в виду в первую очередь естественная наука XVII–XX вв., образцом которой является физика. Зрелую стадию этой науки представляет уже механика Ньютона, становящаяся образцом физики вплоть до второй половины XIX в. Этот период принято называть периодом «классической науки» (физики), в отличие от «неклассической» начала XX в. Таким образом в истории физики и естествознания в целом выделяют две революции: так называемую научную революцию XVII в. (сюда относят коперниканский переворот в астрономии, за которым последовали теории Г. Галилея и И. Ньютона) и «революцию в физике начала XX в.» Иногда еще говорят о «постнеклассической» науке последней трети XX в., но здесь наличие соответствующей революции не столь очевидно.

1. Физический эксперимент и естественная наука как специфическое сочетание математизированной натурфилософии и техники

Поскольку вопрос о сущности какого-либо явления тесно связан с вопросом о его происхождении, рассмотрим процесс становления естественной науки чуть подробнее2.

Возникшую в XVII в. физику часто характеризуют как математизированную и экспериментальную науку. Это действительно две важнейшие характеристики физики. Но что они означают? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к галилеевской теории падения тела, где эти черты проявляются уже в полной мере. Именно здесь сливаются в новое целое – физику Нового времени – три компоненты, идущие еще из Древней Греции: натурфилософия (философия природы), математика и искусство инженера-механика.

Натурфилософия начинается в Древней Греции с Фалеса, утверждавшего, что «все есть вода». Образцом развитой натурфилософии можно считать атомизм Левкиппа-Демокрита. Натурфилософия умозрительна и онтологична по своей сути (т. е. описывает бытие, природу). Образец математики в виде геометрии Евклида вырастает в древнегреческой философии в рамках натурфилософской по своей сути платонопифагорейской линии. Эти две линии сливаются у Галилея и Ньютона в образе «Книги Природы, написанной на языке математики» (естественно, Богом) в математизированную натурфилософию. Физический эксперимент и физика как естественная наука рождаются на пересечении натурфилософского умозрения и механического искусства, представлявших собой две разные линии.

В Древней Греции науке о природе соответствовала натурфилософия и сливавшаяся с ней физика, определенная Аристотелем как наука о движении. При этом философия, натурфилософия и физика Аристотеля не имели ничего общего с техникой – механикой машин, с помощью которых мастеру удавалось перехитрить природу. Техника – это «вторая природа». Она предполагает существование «первой природы», являющейся предметом натурфилософии, строящей онтологические модели «первой природы». Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что «область механики – область технической деятельности, тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека. Предмет механики – явления, происходящие «вопреки природе», т. е. вопреки течению физических процессов, на основе «искусства» (τεχνη) или «ухищрения» (µηχανη)… «Механические» проблемы… представляют самостоятельную область, а именно – область операций с инструментами и машинами, область «искусства»… Под механикой понимается некое «искусство», искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу… Во второй половине XVII в. продолжало держаться старое представление о механике как теории машин, основанной на началах статики» [Григорьян, с. 9–11].

В XVII в. две рассматриваемые линии двигались раздельно. Математизированная натурфилософия Галилея и Ньютона искала законы естественного движения – «законы природы», не зависящие от деятельности человека. Знаменитый труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии», а не физической механикой, как мы его назвали бы сегодня. Машины же создавались искусством инженеров-механиков, их суть определялась людьми и сводилась к заданным функциям. Действия людей противопоставлялись природным явлениям. Это были две разные области – области «второй» и «первой» природы. К XVII в. сосуществовало три натурфилософские линии рассмотрения «первой» природы: магическая, органическая и механическая. Физика Нового времени растет из последней, в которой природа рассматривается как очень сложная машина (механизм, подобный сложным часам), созданная мастером-Богом (позже – существующая сама по себе)3. При познании этого механизма применяется «физическая интуиция, определенная механическими искусствами… Идея физики как всеобщей механики зарождалась в умах ученых с конца XVII в. и впервые была обоснована Декартом» [Григорьян, с. 216]. Этому пониманию природы («первой» природы) отвечает сложившаяся к концу XVII в. механика как раздел физики. Наряду с этим сохраняется прежнее понимание механики как человеческого искусства.