Развитие естествознания в эпоху Нового времени.

Эпоха Нового времени открывается XVII веком. В возникновении науки именно он сыграл главную роль. У истоков классической науки стоял выдающийся итальянский ученый Галилео Галилей (15641642). Одним из главных его достижений было разрешение проблемы движения, в течение столетий не поддававшейся многочисленным попыткам решения со стороны ученых. На смену учению о движении Аристотеля пришло новое объяснение, названное впоследствии принципом инерции Галилея. Галилей также опроверг аристотелевское учение о падении тел. Проводя эксперименты по сбрасыванию шаров из различных материалов со знаменитой Пизанской башни, он установил, что скорость падения тела не зависит от его массы, как утверждали перипатетики. Галилей экспериментально обнаружил, что воздух имеет массу, а траектория брошенного под углом тела имеет форму параболы. Также он открыл закон колебания маятника. Все эти открытия, помимо самостоятельной ценности, имели ещё и важное методологическое значение. Галилей ясно показал, какую огромную роль в научном исследовании играет эксперимент и математический анализ полученных данных. Только они могут продвинуть вперед познание. Слепая же вера в авторитеты (прежде всего Аристотеля), поиск ответов на вопросы в рукописях античных авторов и Священном писании только тормозят развитие науки.
Важной стороной научной деятельности Галилея были его астрономические исследования. Являясь убеждённым сторонником учения Коперника, он отдал много сил для научного обоснования и распространения его гелиоцентрической системы. Галилей пишет и публикует блестящее сочинение «Диалог о двух системах - Птолемеевой и Коперниковой», в которой обосновывает истинность взглядов Коперника и дает исчерпывающие ответы на возражения некоторых учёных. Содержание книги оказалось взрывоопаснее, чем казалось папской цензуре, вначале разрешившей публикацию труда учёного. Через некоторое время Галилея доставляют под конвоем в Рим, где он предстает перед судом католической церкви. Процесс продолжался три месяца, и, в конце концов, Галилей по заранее заготовленному инквизицией тексту формально отрёкся от своих взглядов. Научные же убеждения его остались неизменными. Не так давно, в октябре 1992 года католическая церковь в лице Папы ИоаннаПавла II признала, что приговор Галилею был вынесен ошибочно.
Противодействие со стороны церкви уже не могло сдержать победного шествия науки. Следующий шаг в развитии учения Коперника был сделан немецким учёным Иоганном Кеплером (15711630). Коперник считал, что планеты движутся вокруг Солнца по круговым орбитам. Однако не всё сходилось в математических расчетах. Кеплер блестяще показал, что расхождений между теорией и наблюдаемыми фактами не будет, если предположить, что планеты движутся по эллиптическим орбитам. Почему именно по эллиптическим - этого он объяснить не мог. Окончательно этот вопрос разрешится в будущем в рамках механики Ньютона.
Быстрое развитие науки и техники было во многом стихийным. Стихийно оформлялись и принципы научных исследований. В связи с этим возникала потребность философского обоснования новой методологии познания, на которую можно было бы прочно опереться. Старая аристотелевскосхоластическая методология безнадёжно устарела. Это понимали многие учёныепрактики. Задача рационального философского обоснования выпала на долю английского философа и естествоиспытателя Френсиса Бекона (15611626) и французского философа и математика Рене Декарта (15961650).
Бекон, рассуждая о задачах науки, полагает, что истинной её целью должно быть не бесплодное схоластическое умствование, а обогащение жизни человека новыми благами, облегчающими его существование. Наука должна обратиться непосредственно к практике, и помочь человеку овладеть силами природы. Опираться наука должна в первую очередь на почерпнутые из наблюдения и опыта эмпирические факты, переходя от частного к общему, то есть пользоваться методом индукции. Обобщения, полученные индуктивным путём, вновь должны быть проверены на практике. Но взятая отдельно сама по себе индукция несовершенна, ибо даёт огрублённую картину явлений. Необходим дальнейший теоретический анализ с обязательным привлечением математики.
Проблемой создания нового научного метода был озабочен также и Декарт. В отличие от Бекона он считал, что его основой должна быть не индукция, а дедукция. То есть любое научное исследование должно вестись от самых общих исходных принципов к частным заключениям. Ведущая роль в научном исследовании, согласно Декарту должна принадлежать правильно построенным логическим умозаключениям. А для того, чтобы логически правильно мыслить, нужно вначале выработать ясные принципы мышления. Их разработке Декарт посвящает книгу «Размышления о методе», вышедшую в свет в 1637 году. Удивляясь простоте и лёгкости, с которой в геометрии доказываются теоремы, он был убеждён, что все человеческие знания должны быть построены по образцу геометрии, и аналогичным образом должны доказываться. Эта идея буквально витала в воздухе той эпохи. По геометрическому образцу (с аксиомами и теоремами) была построена «Этика» нидерландского философа Спинозы. Немецкий философ и математик Лейбниц пошёл ещё дальше, пытаясь разработать символический язык с системой логических операций для того, чтобы в знаковом виде представлять научные знания, и чисто логически выводить из них новые мысли. Но вернёмся к Декарту. Заслугой его было не только то, что он разработал методологию научного познания. Он внёс реальный вклад в математизацию естествознания, сделав решающие открытия: он ввёл в математику понятие переменной величины, систему координат, до сих пор носящую название декартовой, положил начало аналитической геометрии, установив соответствие между геометрическими отношениями и алгебраическими уравнениями.
Постепенно наука перестаёт быть уделом учёныходиночек. Появляются научные общества и академии – Флорентийская Академия опыта (1657), Лондонское Королевское общество (1660), Парижская Академия наук (1666) и т.д. Получает широкое развитие научная переписка, появляются научные журналы. Учёные постоянно находятся в курсе последних научных достижений и решают действительно актуальные научные проблемы. За счёт этого наука получила сильное ускорение. Всё это говорило о том, что научная атмосфера эпохи была наэлектризована, новые идеи буквально витали в воздухе, и рано или поздно усилиями многих учёных новая картина мира – постепенно сложилась бы. Но судьба распорядилась так, что эту задачу блестяще разрешил один человек – Ньютон.
Великий английский учёный Исаак Ньютон (16431727) оставил после себя большое научное наследие. Вопервых, он является создателем дифференциального и интегрального исчисления. Одновременно и независимо от Ньютона данное направление в математике было разработано немецким учёным и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем (16461716). Без этого математического аппарата дальнейшее развитие физики было бы невозможным. Вовторых, он сделал значительные открытия в области оптики: исследовал световой спектр, явления дифракции и интерференции. И, наконец, главным делом его жизни было создание целостной механической теории, объяснившей природу движения тел, в том числе и космических.
Теоретическая система механики Ньютона основывается на трёх принципах, дополненных законом всемирного тяготения. Он изложил их в своём знаменитом труде «Математические начала натуральной философии», изданном в 1687 году. Со времени зарождения естествознания вряд ли найдётся в истории науки столь же значительное событие, чем появление этой книги, обобщившей и вобравшей в себя все достижения предыдущих поколений учёных. Законы движения, в которых не могли до конца разобраться многие талантливые учёные, получили удивительно простую формулировку. В основу новой теории движения Ньютон положил опыт и наблюдение, выдвинув девиз: «Гипотез не измышляю». Его приверженность опыту иллюстрирует и знаменитая легенда о том, что на закон всемирного тяготения Ньютона якобы навело падение яблока с яблони, под которой он предавался научным размышлениям.
Математика в научной деятельности Ньютона играла ещё большую роль, чем у предыдущих поколений учёных, а также у многих современников, любивших вместо строгого математического анализа наблюдаемых фактов «пофилософствовать». Именно поэтому была неудачной, конкурировавшая с ньютоновской, декартова теория движения, носившая название теории вихрей. «Математические начала натуральной философии» от первой до последней страницы написаны математическим языком. В этой книге для обоснования законов механики Ньютон использовал классический геометрический метод, безупречный по доказательности и логичности выводов. Следующие поколения учёных, воспользовавшись детищем Ньютона – дифференциальным и интегральным исчислением, полностью переведут классическую механику на язык математического анализа (Л.Эйлер (17071783), Л.Лагранж (17361783)).
Выход в свет главного труда Ньютона знаменует собой начало формирования механистической картины мира. Её главной целью была попытка объяснить все без исключения природные явления с точки зрения законов классической механики. Начало этому процессу было положено ещё в произведениях Галилея. И вот в предисловии Ньютона к своим «Математическим началам» мы находим знаменательную фразу: «было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы…». Видя ясность, наглядность и универсальность механистических представлений с Ньютоном солидаризируется большинство его современников – учёных и философов. Так начинается эпоха торжества механистической картины мира.
Отныне философия перестаёт быть служанкой богословия, как это было в предыдущие эпохи, она нашла прочную опору в разуме. Наука также обрела независимость от религии, несмотря на искреннюю приверженность некоторых учёных вере в Бога. Так, например, Ньютон был глубоко верующим человеком, и всерьёз интересуясь богословскими вопросами, написал ряд теологических книг – «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсис», «Хронологию». Но такая религиозность была личным делом учёных. Наука развивалась уже по своим объективным законам, независимо от религиозного сознания. Более того, вследствие длительного притеснения со стороны церкви, наука Нового времени, почувствовав в себе реальную силу, перешла в контрнаступление. Воинствующий атеизм научного сознания, утвердившийся в эпоху Просвещения, становится одной из основных черт научного стиля мышления, и сохраняется вплоть до сегодняшнего дня.
В эпоху Нового времени развивались не только точные науки. В XVIII веке значительно продвинулись вперёд науки о живой природе. Издавна существовала потребность навести порядок в обширном мире живых организмов. Первую удачную попытку такого рода предпринял шведский учёныйнатуралист Карл Линней (17071778). В своей книге «Система природы» он провёл классификацию растений и животных, выделив следующие уровни деления: класс, отряд, род, вид, вариация. Он ввёл в биологию бинарную систему обозначения представителей живой природы, состоящую из двух наименований – родового и видового. Эта система используется в биологической науке и по сей день. В современной биологии используются и линнеевские принципы классификации, хотя сама классификация «Системы природы» безнадёжно устарела. Наведя порядок в классификации живых организмов, Линней тем самым открыл путь для теорий, объясняющих поразительное многообразие животного и растительного мира.
К XIX веку накапливается достаточное количество данных о прошлых эпохах геологического и биологического развития Земли. Находки ископаемых останков растений и животных свидетельствовали о том, что в прошлом на земле господствовали совершенно иные формы жизни, не похожие на современные. Почемуто они бесследно исчезли. В объяснении этих загадок начали противоборство два подхода – «катастрофизм» и «эволюционизм». Представителем первого был француз Жорж Кювье (17691832), утверждавший, что периоды бурного развития животного и растительного мира сменялись мировыми катастрофами, в результате которых старые биологические виды погибали, а при возникновении новых благоприятных условий зарождались новые формы, отличающиеся от прежних. Недостатком теории Кювье было то, что она не описывала механизма возникновения новых видов. Это попытался сделать другой французский естествоиспытатель ЖанБатист Ламарк (17441829), считавший, что новые виды растений и животных возникают в ходе постепенной эволюции. Эволюция, согласно Ламарку, происходит за счёт изменяющихся условий внешней среды, приводящих к изменению жизнедеятельности живых организмов. При этом должны соответствующим образом меняться и различные органы животных. Приобретённые таким образом в ходе жизни органические изменения наследуются в следующем поколении, что приводит в конечном итоге к появлению совершенно новых видов. Но у этой теории был серьёзный недостаток – бездоказательность.
Целостная, научно обоснованная эволюционная теория появляется в 1859 году. Её автор – английский естествоиспытатель Чарлз Дарвин (18091882). Опираясь на теорию геологической эволюции Чарлза Лайеля (17971875), а также на свои обширные наблюдения во многих регионах земного шара, он пишет книгу «Происхождение видов в результате естественного отбора». Дарвин утверждает, что новые виды возникают в результате сохранения в ходе борьбы за существование качеств, появившихся вследствие работы механизма изменчивости. Эта эволюционная теория сохраняет своё научное значение и по сей день, несмотря на то, что некоторые проблемы до конца разрешить не может.
Важным открытием эпохи Нового времени в области биологии было установление того факта, что все живые организмы состоят из клеток. Авторами клеточной теории были немецкие естествоиспытатели Маттиас Шлейден (18041881) и Теодор Шванн (18101882).
Химия также добилась значительных успехов. Сильное влияние на химические представления учёных продолжительное время оказывала средневековая алхимия. Ею увлекался даже Ньютон. Благодаря введению великим французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье (17431794) в научный обиход химии количественных методов, эта наука получает, наконец, прочную опору для дальнейшего развития. Наиболее зримыми были успехи учёныххимиков XIX века. В 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер (18001882), синтезировав из неорганических веществ органическое вещество – мочевину, показал, что между неживой и живой природой нет непреодолимой границы, они едины. В 1869 году русский химик Д.И.Менделеев (18341907) открывает периодический закон и создаёт систему химических элементов. Оказалось, что химические свойства элементов меняются в зависимости от физической величины – атомного веса. Открытия Вёлера и Менделеева представляли собой важный вклад в утверждение единства научной картины мира.
Но вернёмся вновь к физике, ведь именно в ней совершались решающие открытия, революционным образом влияющие на формирование мировоззрения исторических эпох. После первой научной революции происходило накопление знаний о физической реальности в рамках установившейся механистической картины мира. Уточнялись законы, углублялось их понимание, возникали новые научные направления, происходила постепенная дифференциация наук. В ходе этого процесса иногда достигались обобщения глобального масштаба. Одним из таких обобщений было открытие закона сохранения и превращения энергии. Честь его открытия принадлежит трём учёным: немецкому врачу Юлиусу Майеру (18141878), английскому пивовару и исследователю Джеймсу Джоулю (18181889) и немецкому физику Герману Гельмгольцу (18211894). Впервые идею о том, что различные виды энергии (химическая, тепловая и механическая) эквивалентны между собой, выдвинул Майер в 1845 году в книге «Органическое движение в его связи с обменом веществ». Однако его идеи не были подкреплены экспериментально и поэтому рассматривались учёными в основном как любопытные философские размышления. Отношение к идеям Майера изменилось, когда Джеймс Джоуль в ходе экспериментов, описанных в работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом эффекте теплоты» (1843), показал, что когда затрачивается механическая энергия, выделяется эквивалентное количество теплоты. И, наконец, Гельмгольц в ряде своих работ даёт стройное и законченное толкование физического смысла закона, а также делает вывод о невозможности существования в природе вечного двигателя.
Механистическая картина мира прочно удерживала свои позиции вплоть до конца XIX века. Совершаемые в науке открытия, а также новые экспериментальные факты не выходили за рамки классических представлений. Правда, в некоторое смущение учёных приводили новейшие опыты в области электромагнетизма.
В течение XVIII – первой половины XIX века было накоплено большое количество экспериментальных данных и открыты частные законы электромагнетизма в работах следующих учёных: Алиссандро Вольты (17451827), Х.К.Эрстеда (17771851), А.М.Ампера (17751836), Георга Ома (17871854) и др. Никто из них, однако, не смог создать целостной электромагнитной теории. Решающие открытия и теоретические обобщения начинаются с исследований английского химика и физика Майкла Фарадея (17911867). Установив в своих опытах связь между электричеством и явлением магнетизма, он вводит в физику понятие электромагнитного поля. Если раньше считалось, что электричество и магнетизм это совершенно разные физические явления, то теперь было установлено, что они динамически порождают друг друга, но по какому именно закону, этого Фарадею определить не удалось. Данную задачу блестяще решил выдающийся английский физик Джеймс Клерк Максвелл (18311879). Он сформулировал шесть электродинамических законов и записал их в виде дифференциальных уравнений. Это событие по масштабу было равнозначным созданию Ньютоном классической механики. Решающие эксперименты по проверке выводов нового учения поставил Генрих Герц (18571894). В 1886 году он доказал существование электромагнитных волн. Он также подтвердил экспериментально, предсказанную Фарадеем и Максвеллом электромагнитную природу света. Таким образом, также как и ньютоновская механика, электродинамика Максвелла была блестяще подтверждена экспериментально. Между тем оказалось, что в результате этих открытий обширная сфера физических явлений – явлений электромагнетизма оказывается за пределами механистического истолкования. Суть противоречий между классической механикой и электродинамикой состояла в следующем.
Вопервых, как известно, согласно принципу Галилея классической механики, все физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта (системах, движущихся прямолинейно и равномерно). В электродинамике же оказывается, что магнитные поля и связанные с ними силы зависят от скоростей движущихся зарядов и величина их различна в разных инерциальных системах отсчёта. Получалось, что законы природы, связанные с электромагнитным взаимодействием, не подчиняются принципу Галилея.
Во вторых, из уравнений Максвелла следовало, что скорость распространения электромагнитных волн (в том числе и света) не зависит от скорости движения их источника. Классический закон сложения скоростей, таким образом, нарушался.
Попытки видоизменить уравнения Максвелла к успеху не привели, так как приводили к предсказанию экспериментальных эффектов в действительности не наблюдаемых. Притязания механики на универсальность впервые оказались под сомнением.

Мы поможем в написании ваших работ!