Исторические этапы развития науки
Некоторые специалисты по истории науки считают, что она родилась в XVI веке. С этим вряд ли можно согласиться, поскольку такая точка зрения означает, что во все предыдущие века научных знаний у человечества не было. Логичнее считать, что в XVI веке начался качественно новый период развития науки.
Зарождение эмпирического (опытного) научного знания связано с преодолением мифологического сознания. Профессионально первыми в древнем мире наукой начали заниматься жрецы – они были самой образованной частью общества. Это произошло в III – II тысячелетии до н.э.
В Шумере (затем в Вавилоне), Египте, Индии, Китае. Знания в области астрономии и математики в этих странах достигли весьма высокого уровня.
Шумеры прекрасно знали звездное небо. Сутки они делили на 12 частей. В Вавилоне умели извлекать квадратный корень и решать квадратные уравнения. Именно там изобрели шестидесятиричную систему исчисления, особенно удобную в астрономии. От этой системы и пошел современный счет минут и секунд.
Примерно в этот же период возникла древнеегипетская культура. К занятиям математикой и астрономией египетских жрецов подталкивала необходимость объяснения и предсказания ежегодных разливов Нила, с которыми была связана вся хозяйственная деятельность египтян. Одним из выдающихся научных достижений египтян было введение солнечного календаря. Год они делили на 12 месяцев по 30 дней, определили продолжительности года в 365 дней, но високосных лет не вводили, а к каждому году добавляли по 5 дней. Египтяне вычислили площадь треугольника, прямоугольника и круга. В Египте возникли химическая наука и ремесло, окруженные таинственностью. Еще с доисторических времен было известно шесть металлов, среди которых почетное место занимала медь и ее сплав с оловом – бронза. Развивалась химия и на Востоке: в Китае и Индии – изобрели порох (Китай) и окрашивание тканей (Индия).
Знания египтян переняли греки. Географически и исторически Греция стала мостом между древними культурами Востока и новыми цивилизациями Европы. Греки органично впитали в себя достижения африканских, азиатских и эгейских цивилизаций древности, творчески их переработали и подняли на качественно новый уровень. Древняя Греция по праву считается культурной вершиной древнего мира, родиной первых попыток теоретического осмысления накопленных знаний. Впоследствии эти попытки стали называть натурфилософией, поскольку они были основаны на знаниях о природе, именно в этот период сформировались общие представления об окружающем мире, подчеркивающие его единство и целостность. Цель натурфилософии – постижение истины. В процессе этого постижения родились такие формы познавательной деятельности, как доказательство, логика, дедукция. Однако неприятие эксперимента как метода познания истины закрывало путь к развитию экспериментального естествознания.
Древнегреческая наука прошла три этапа своего развития: ионийский, афинский и эллинский. Родоначальник античной натурфилософии Фалес (VI век до н.э, ионийский этап) прославился тем, что удачно предсказал солнечное затмение. Его современник Пифагор Самосский (VI в. до н.э.) изучил свойства целых чисел и пропорций, заложил основы элементарной математики, его считают автором теоремы, носящей его имя. Согласно Пифагору, элементы чисел должны быть элементами вещей.
Живший в V в. до н.э. древнегреческий мыслитель Левкипп, а вслед за ним его ученик Демокрит (афинский этап) впервые предположили, что все вещества состоят из мельчайших неделимых частиц – атомов. Это была гениальная догадка: никаких приборов и инструментов, позволивших бы проверить эту гипотезу, еще не было. В идее неделимости атома никто не сомневался вплоть до начала ХХ века.
Современник Демокрита Гиппократ заложил основы клинической медицины, развив идеи целостности человеческого организма и индивидуального подхода к лечению больного; он ввел также этический врачебный кодекс (Лечи, но не навреди – главная идея «Клятвы Гиппократа», которую дают врачи при получении медицинского диплома на протяжении уже более 20-ти столетий).
Первый период развития науки – эмпирический, накопительный – продолжался все древние и средние века вплоть до ХVI в. Центральной фигурой этого периода стал древнегреческий философ и мыслитель Аристотель (IV в. до н.э.). Его вклад в знания человека об окружающем мире трудно переоценить. Созданная им и усовершенствованная Клавдием Птолемеем (II в. до н.э.) геоцентрическая модель мироздания (неподвижная Земля в центре Вселенной, вокруг которой по сложным сферическим орбитам вращаются все остальные светила) была первой попыткой осмыслить и объяснить окружающий мир. Она не вызывала сомнений вплоть до ХVI века, т.е. продержалась около 20 веков. Именно Аристотель первым догадался, что Земля имеет форму шара – по той тени, которую она отбрасывает на Луну; он был также первым в истории биологом, разделившим все живое на растения и животных; он впервые предложил гипотезу зарождения жизни; кроме того, им выдвинута идея континуума – непрерывности мироздания.
В III в. до н.э. (эллинский этап) жили Архимед Сиракузский, открывший закон о выталкивающей силе и правило рычага, создавший геометрическую оптику и первые метательные машины, и Евклид из Александрии с его изумляющей наших современников геометрией на плоскости и системой аксиоматики. Работа Евклида «Начала» во многом определила дальнейшее развитие всего естествознания: ей восхищались Н. Коперник, Г. Галилей, И. Ньютон и А. Эйнштейн. Современником Архимеда и Евклида был Аристарх Самосский, высказавший идею гелиоцентризма за 18 веков до Н. Коперника.
Весь античный период олицетворяет детство науки: эксперимента и серьезных теорий еще нет, все основано на наблюдениях, логических умозаключениях и гениальных озарениях.
В средние века европейские ученые в большой степени зависели от богословия и схоластики. Достижения античной науки были практически забыты, в этот период не было предложено ни одной яркой научной идеи, процветали астрология и мистика. Но часть ученых, называвших себя алхимиками, искали « философский камень», который должен был превращать все металлы в золото. Цель была порочной и ненаучной, камень, разумеется, не нашли, но накопили огромный экспериментальный материал, позволивший создать современную неорганическую химию.
Пробуждаться от сна европейская наука начала лишь в эпоху Возрождения, и самым внушительным примером этого пробуждения было творчество Леонардо да Винчи – художника и естествоиспытателя.
Особую роль в развитии средневековой науки сыграли ученые арабского Востока. В VII – VIII веке образовалось огромное государство со столицей в Багдаде – Арабский халифат. Арабские ученые в большей мере, чем европейцы, сохранили связь с античной наукой, в первую очередь с учением Аристотеля. Особенно успешно на Арабском Востоке развивались астрономия, математика и медицина. Среди них ученых этой плеяды – персидский врач и химик Ибн-Закария-аль-Рази, таджикский астроном и врач Ибн-Сина (Авиценна), персидско-таджикский математик, астроном и поэт Омар Хайям, астроном и создатель алгебры Мухаммед – аль-Хорезми, астроном, минералог и географ аль-Буруни, великий узбекский астроном Улугбек. Ф. Шиллер написал, что арабы, как губка, впитали в себя мудрость Античности и передали ее затем Европе.
Второй период развития науки продолжался с ХVI до начала ХХ в. Именно к этому периоду относится становление современного естествознания. В течение четырех столетий началась дифференциация наук, приведшая к возникновению отдельных блоков естествознания – физики, химии биологии и позже наук о Земле.
Начало второго периода связано с именем с польского астронома Николая Коперника который в книге «Об обращениях небесных сфер» на основании наблюдений и расчетов опроверг геоцентрическую систему Аристотеля – Птолемея, предложив гелиоцентрическую модель мироздания: все известные в то время семь планет, согласно Н. Копернику, вращаются вокруг Солнца. Это была первая революция в естествознании: одна модель мироздания на основании результатов наблюдений и расчетов была заменена на другую.
Книга Коперника «Об обращении небесных сфер» навсегда останется в истории науки, как выдающийся памятник человеческой мысли. С этого момента датируется начало первой научной революции.
Появление работы Коперника вызвало резкую конфронтацию науки и римско-католической церкви, принявшей в свое время геоцентрическую модель язычника Аристотеля. Труд Коперника был запрещен инквизицией. Тем не менее (а может быть и благодаря запрету) его идеи стали известны в Европе. Доминиканский монахДжордано Бруно (1548-1600) полностью согласился с Н. Коперником и выдвинул идею множественности миров: каждая звезда, как и Солнце – самостоятельный независимый мир и может иметь свою планетную систему, а Солнце вовсе не центр мироздания, а рядовая звезда средней величины. Кроме того, по утверждению Дж. Бруно, Вселенная не имеет центра, она бесконечна и состоит из огромного множества звездных систем. Инквизиция жестоко расправилась с Дж. Бруно: в 1600 г. он был сожжен на костре на площади Цветов в Риме. Кстати, по сей день никакого памятного знака в Риме на этом месте не установлено.
В тюрьму инквизиции был заключен и великий итальянский ученый Галилео Галилей(1564-1642) –физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени и полностью поддержавший гелиоцентрическую модель Н. Коперника. Он первым использовал телескоп для наблюдения небесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей – основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики.
Г. Галилей открыл и сформулировал принцип относительности, который через триста лет применил в своей теории относительности Альберт Эйнштейн, впервые использовал эксперимент для доказательства научной истины, заложил основы классической механики, создал телескоп, первый увидел кратеры и хребты на поверхности Луны и открыл спутники Юпитера, о чем он сообщил Иоганну Кеплеру.
Альберт Эйнштейн назвал Кеплера «несравненным человеком» и писал о его судьбе: «Он жил в эпоху, когда ещё не было уверенности в существовании некоторой общей закономерности для всех явлений природы. Какой глубокой была у него вера в такую закономерность, если, работая в одиночестве, никем не поддерживаемый и не понятый, он на протяжении многих десятков лет черпал в ней силы для трудного и кропотливого эмпирического исследования движения планет и математических законов этого движения! Сегодня, когда этот научный акт уже совершился, никто не может оценить полностью, сколько изобретательности, сколько тяжёлого труда и терпения понадобилось, чтобы открыть эти законы и столь точно их выразить».
Однако Кеплер не смог объяснить причину движения планет. Это сделал великий английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727), ставший, центральной фигурой второго периода развития науки.
Продолжил работы в области небесной механики, дифференциальных уравнений и теории вероятностей Пьер-Симон Лаплас (1749-1827), выдающийся французский математик, физик и астроном, член Французского географического общества, Заслуги Лапласа в области чистой и прикладной математики и особенно в астрономии громадны: он усовершенствовал почти все разделы этих наук.
XVIII век открыл эпоху научных открытий, обобщений, систематизации знаний и законов природы. И это происходило не только в астрономии, физике и математике. В науках о растительном и животном мире это сделал Карл Линней (1707-1778) – самый известный шведский учёный-естествоиспытатель и врач, создатель единой системы классификации растительного и животного мира. Он впервые обобщил и в значительной степени упорядочил биологические знания всего предыдущего периода, что ещё при жизни принесло ему всемирную известность. В Швеции его ценят также как путешественника, который открыл для шведов их собственную страну, изучил своеобразие шведских провинций и увидел, «как одна провинция может помочь другой».Линней – один из тех деятелей науки и культуры, с которыми связано окончательное становление литературного шведского языка в его современном виде. (О К. Линнее см. в Разделе 3).
В ХVIII веке в России жил и трудился великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов(1711-1765). «В 1711 году, в эпоху когда Петр I совершал свои великие преобразования и когда плод этих преобразований, Полтавская победа, – „наше русское воскресение„“, по выражению Петра, – уже решила вопрос о будущности России как могущественного европейского государства» – писал академик Билярский в 1865 году – «родился человек, который окончательно разделил науку и искусство, чудесным образом сочетая и объединив их в своём творчестве, «будущий славный русский ученый, вития, и поэт».
Второй классический период развития науки нельзя себе представить и еще без одного русского ученого – без Д.И. Менделеева. (См. раздел 3).
Именно в течение описанного второго периода была создана вся классическая наука, описывающая макромир (подробнее о нем – в разделе 2), появилось большое число теорий, связанных не только с констатацией научных фактов, но и с их объяснением. В этот же период осуществляется интенсивная математизация наук.
Третий период – ХХ век – это век научно-технической революции (НТР). Естественные и технические науки настолько тесно сплелись, что существование одного блока стало невозможно без другого. На рубеже ХIХ и ХХ веков произошла третья революция в физике, связанная с тем, что классическая физика не могла объяснить ряд открытий, сделанных в конце ХIХ века. Попытки объяснения полученных экспериментальных данных привели к смене парадигм и к созданию физики микромира и мегамира.
Центральной фигурой этого периода является Альберт Эйнштейн (1879-1955). Никогда еще наука не играла такой важной роли в жизни человечества, никогда ранее ее достижения не были столь актуальны для его настоящего и будущего. Эйнштейну принадлежит решающая роль в популяризации и введении в научный оборот новых физических концепций и теорий. В первую очередь это относится к пересмотру понимания физической сущности пространства и времени и к построению новой теории гравитации, расширяющей ньютоновскую. Эйнштейн также, вместе с Максом Планком, заложил основы квантовой теории. Эти концепции, многократно подтверждённые экспериментами, образуют фундамент современной физики.
Вместе с тем выяснилось, что наука принесла человечеству не только несомненную пользу (выход в Космос, ядерная энергия, полимеры, победа над многими болезнями), но столь же несомненный вред (гонку ядерных вооружений, глобальный экологический кризис), хотя в этом отношении ее вину можно рассматривать лишь как косвенную.
В ХХ веке наука, которая раньше, как уже говорилось, была частью общечеловеческой духовной культуры, стала материальной силой, поскольку ни один серьезный проект в любой области человеческой деятельности немыслим в настоящее время без научной проработки.
Четвертый период – конец ХХ – начало ХХI в. условно можно обозначить как век информации и биологии. Человечество еще только входит в этот период. Отцомкибернетики и теории искусственного интеллекта, родившихся в середине XX века, этого любимого детища современной математики, обусловившей сегодняшнюю НТР, был Норберт Винер (1894-1964) американский учёный, выдающийся математик современности.
Норберт Винер скончался 18 марта 1964 года в Стокгольме, а центральная фигура четвертого периода, возможно, еще только учится ходить и произносить первые слова. В настоящее время осуществляются начавшиеся еще в ХХ веке интеграция (объединение) и конвергенция (взаимопроникновение) наук.