Кафедра - Методичка для магистров
.pdfпоследующий момент времени. Отсутствие точного предсказания является следствием нашего незнания координат нахождения тела; случайности исключены, им нет места в науке.
4.Мир принципиально познаваем: в конечном счете можно найти абсолютную истину, то есть получить полное завершенное знание о мире.
5.Процесс познания является зеркальным отражением природы. Объект познания должен быть описан «в чистом виде», без элементов субъективности. Таким образом, истина объективна и объектна (предметна).
6.Процесс познания представляет собой единство теоретического и эмпирического уровней. Теоретические и эмпирические законы имеют равное право на существование.
7.Законы механики – это универсальные законы мироздания, а единственно возможной формой движения является механическое движение. Данная методологическая установка – «механицизм» – стала общепринятой в научном мире.
8.Механицизм редуцируется на все области научного познания. В химии (Бойль), биологии (Ламарк) взаимодействия элементов объясняли исходя из представлений о движении корпускул. Ламетри назвал свой труд «Человек – машина», обнаружив сходство между поведением людей и действием машинных механизмов.
9.В науке обозначилась ориентация на сведение сложного к простому; целое рассматривается как агрегат элементарных частиц, оно не влияет на части; свойства целого и части идентичны.
10.Материя представляет собой инертную неэволюционирующую субстанцию; в науке господствует антиэволюционистская установка.
11.Существует конечный предел делимости материи.
12.Наука призвана быть нейтральной и беспристрастной. Никакие социокультурные установки, ценности и персональные предпочтения не должны влиять на деятельность ученого.
Большие успехи механики в объяснении природы и ее ведущее место в системе наук о природе привели к тому, что механика в 18-19 веках стала отождествляться с точным естествознанием в целом.
4.В 19 веке во многих областях естествознания были сделаны открытия, которые стали подрывать господствующую с 17 века механистическую картину мира. Наиболее важными с этой точки зрения были открытия электромагнитной картины мира, эволюционных идей в биологии и геологии, неевклидовых геометрий, психоанализа и статистики.
Изначально электрические и магнитные явления изучались изолированно друг от друга. В середине 19 века Эрстед и Ампер обнаружили, что проводник с электрическим током вызывает отклонение магнитной стрелки от первоначального положения и пришли к выводу, что электрический ток создает магнитное поле. М. Фарадей (1791-1867), открыл феномен электромагнитной индукции и выдвинул идею существования электромагнитного поля. Собственно теория электромагнитного поля была сформулирована Д.Максвеллом (1831-1879), завершившим создание электродинамики. В результате в науку вошло представление об электромагнитном поле как непрерывной материи, заполняющей пространство.
По мнению А. Эйнштейна, эта теория нанесла первый удар по ньютоновской физике, показав, что наряду с вещественными телами и их движением имеет место иная физическая реальность – поле. На основе электромагнитных взаимодействий объяснялись и тепловые, и оптические, и химические процессы; тем самым электромагнитная картина мира позволила описать более широкий круг явлений, чем механическая, что вызвало постепенное отмирание последней. На роль универсальной теории в физике в конце 19 века стала претендовать электромагнитная теория.
Значительный вклад в формирование новой научной картины мира внесло утверждение идеи о всеобщей связи и развитии. Эта идея находила подтверждение в различных науках. Изучая строение Земли, ученые пришли к выводу о том, что на земной поверхности происходят постоянные изменения под влиянием различных геологических факторов (А. Лайель). Тем самым утверждалась мысль о вечности и неизменности жизни на Земле. Революционной новацией Лайеля стал и сформулированный им важный методологический принцип познания: знание о настоящем является ключом к объяснению прошлого. Впоследствии этот принцип был принят и в других науках.
В 1869 г. была создана периодическая система (Д. Менделеев), которая установила связь между всеми химическими элементами, а также между физическими и химическими свойствами элементов. Тем самым было доказано единство количественных и качественных характеристик материальных образований (в ньютоновской физике господствовал количественный подход).
Особое значение для формирования идеи всеобщей связи и развития стали открытия в области биологии. В 1830-е гг. была создана теория клеточного строения растительного и животного мира (М. Шлейден, Т. Шванн), которая продемонстрировала принципиальное единство всех
22
живых существ, их происхождения и развития. Ж. Ламарк выдвинул первую эволюционную теорию, провозгласив эволюцию всеобщим законом развития живых организмов. Он предложил оригинальную классификацию видов в соответствии с критерием сложности строения живых организмов и их способностью к совершенствованию. Венцом его научного творчества стала теория о так называемых «благоприобретенных признаках», согласно которой человек, развивший на протяжении своей жизни какие-то признаки, передает их своему потомству. Существенный вклад в развитие эволюционной теории внес Т. Мальтус, который доказывал, что в условиях ограничения средств пропитания, численность вида также ограничивается. Внутривидовая борьба приводит к тому, что выживают либо сильнейшие, либо лучше приспособленные.
Однако, настоящую революцию в понимании эволюции жизни на Земле, совершил Ч. Дарвин. Его основная работа «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) содержит фундаментальные идеи о наследственной изменчивости, естественном отборе, борьбе за существование в рамках вида. Дарвиновская теория убедительно показала, что все живые организмы (растения, животные, человек) являются результатом длительного естественного отбора.
Революционные открытия были сделаны в области математики, главными из которых было создание неевклидовых геометрий. Первую неевклидову геометрию сформулировал Н.Лобачевский в 1826 г. Его изначальный посыл заключался в том, что аксиома Евклида о параллельных прямых невыводима из других аксиом евклидовой геометрии. Следовательно, можно построить другую, столь же непротиворечивую геометрию, как и евклидова, если заменить аксиому о параллельных прямых на противоположное утверждение. Поверхности, на которых построена геометрия Лобачевского, вогнутые или выпуклые. В них не действует аксиома о не пересечении параллельных линий и, соответственно, меняются другие соотношения: сумма углов треугольника становится больше или меньше 180 градусов.
Вторая неевклидова геометрия – так называемая геометрия «переменной кривизны» – была создана немецким математиком Бернхардом Риманом в1854 г. Вместо декартовых координат в ней использовались гауссовы координаты. Риманова геометрия позднее была использована Эйнштейном для математического описания общей теории относительности. Новые геометрии доказали неоднородность и многомерность пространственных характеристик.
Большое влияние на развитие логики (математической логики) оказала теорема о неполноте формальных систем К.Геделя, доказывавшая, что любая формальная система, если она стремится быть полной в описании и объяснении объекта, будет не точна. Из нее следовало, что истинность той или иной формальной системы нельзя доказать ее собственными средствами; для этого требуются другие теоретические подходы. Но поскольку единого критерия для выбора теоретических подходов не существует, постольку исследователь вынужден прибегать к интуиции.
В социально-гуманитарных науках большое значение имело появление статистики и социологии, которые существенно изменили представление о характере связей и закономерностей. Статистика пользуется утверждениями типа «люди, занятые работой Х на 70 процентов больше подвержены заболеваниям К», опирающимися на анализ значительного массива данных. Подобного рода статистические выводы позволяют рассматривать статистические данные как доказательство того, что одни явления детерминируют другие даже в случае, если причина подобной связи неизвестна. Анализируя статистические данные, социолог Э. Дюркгейм (1858-1917) показал, что наука может измерять и предсказывать поведение людей, устанавливая устойчивые и повторяющиеся связи, то есть социальные законы.
Вконце 19 века начинают изменяться и представления о субъекте познания. Ранее считалось само собой разумеющимся, что Разум является гарантией познавательной деятельности, способной привести к достоверному знанию. С появлением психоанализа (З.Фрейд – 1856-1939) получает признание тот факт, что большое значение в жизнедеятельности человека имеют неконтролируемые влечения и желания, которые через различные механизмы влияют и на поведение человека, и на познавательные процессы. Субъект познания оказался не совсем «прозрачным» (рациональным), достаточно заметную роль в его духовной
ипознавательной деятельности играют иррациональные факторы.
В19 веке наука переходит к новому состоянию: она становится дисциплинарно организованной наукой, то есть происходит завершение процесса появления науки в собственном смысле этого слова. Дифференциация научного знания началась еще в 17 веке, когда астрономия, механика и математика стали самостоятельными дисциплинами. В 18 веке появляются специализированные научные сообщества. В качестве самостоятельной дисциплины выделяется химия. В начале 19 века преобразуется преподавание в университетах: каждая научная дисциплина начинает преподаваться отдельно, то есть появляется
23
дисциплинарно-организованное обучение. Формируются четыре основных блока научных дисциплин: математические, естественные, технические и социально-гуманитарные науки.
Однако, несмотря на эти и другие открытия, механистическая картина мира, основу которой составляла классическая механика, оставалась еще достаточной устойчивой, а попытки редукции принципов классической физики на другие виды знания по-прежнему продолжались. Открытия в самой физике, разумеется, подрывали основы классической механики, но в большинстве своем физики все еще стремились к объяснению физических процессов на основе классической механики.
Поэтому открытия, произошедшие в физике на рубеже 19-20 вв. для большинства ученых были неожиданными и шокирующими.
5. В конце 19 века были совершены открытия, которые вступили в противоречие не только с механистической, но и с электромагнитной картиной мира. Прежде всего – это были открытия, которые изменили представления о строении вещества и о взаимосвязи вещества и энергии. Ранее считалось, что вещество состоит из твердых, неделимых, непроницаемых мельчайших частиц вещества – атомов. Но в 1895-96 гг. Рентгеном были обнаружены лучи, названные его именем. В 1896 г. Беккерель открыл явление радиоактивности, впоследствии обстоятельно изученное Марией и Пьером Кюри и Э. Резерфордом, выделившими три вида излучений различной физической природы (известные как Альфа, Бета и Гамма). В 1897 г. Д. Томпсон открыл первую элементарную частицу
– электрон, входящую в состав атомов. Позднее было установлено, что и ядро атома, в свою очередь, имеет сложное строение: оно состоит из протонов и нейтронов. Неделимые, непроницаемые, элементарные «первокирпичики» на деле оказались сложными, проницаемыми и не элементарными.
Д. Томпсоном была предложена и первая модель атома, получившая название «пудинг с изюмом». Однако вскоре она уступила место «планетарной» модели, предложенной Э. Резерфордом. Согласно последней, в центре атома находится положительно заряженное ядро, имеющее ничтожно малые размеры по отношению к размеру атома, но содержащее 99,95% всей массы атома. Вокруг ядра вращаются электроны по так называемым стационарным орбитам.
14 декабря 1900 г. считается рубежным днем в становлении квантовой теории и атомной физики, поскольку в этот день М. Планк сообщил об открытии кванта действия. Он установил, что излучение (например, света или энергии) происходит дискретными порциями, квантами. Планк
сформулировал одну из немногих констант, связывающих соотношение энергии и частоты излучения. Эта константа получила название «постоянная Планка».
На основе модели Резерфорда и квантовой теории Планка, Нильс Бор в 1913 г. предложил свою модель атома, согласно которой энергия поглощается или излучается в виде кванта только при переходе (перескакивании) электрона с одной орбиты на другую.
Обнаружение свойства дискретности излучения энергии противоречило представлениям об электромагнитном поле как непрерывной материи, заполняющей все пространство (Максвелл). Но в 20-е годы произошло открытие корпускулярно-волновой природы микрочастиц, которое не только объясняло противоречие между теоретическими утверждениями Планка и Максвелла, но и стало базовым принципом нового раздела в физике – квантовой механики.
Сначала Луи де Бройль, высказал гипотезу о том, что частице материи, например, электрону, присущи не только корпускулярные свойства, но и волновые свойства. Далее в работах В. Гейзенберга (1901-1976), Э. Шредингера (1887-1961), М. Борна (1882-1970) эта гипотеза была подтверждена экспериментально. Фактически был открыт важнейший закон природы, согласно которому все микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Следовательно, между веществом и полем нет непроходимой границы. В определенных условиях частицы вещества показывают волновые свойства, а поле обнаруживает себя через корпускулярные свойства. Дуализм волны и частицы не укладывался ни в механистическую, ни в электромагнитную картины мира. В механистической картине мира вещество обладает только корпускулярными свойствами, а в электромагнитной – либо корпускулярными (вещество), либо волновыми (поле). Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые признали, что соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств является их имманентным свойством.
Перед физиками вплотную встал вопрос: какие понятия можно использовать для описания процессов, происходящих в микромире. Принципы и понятия классической физики оказались не вполне приемлемыми, поскольку она имеет дело либо с веществом (и описывается соответствующим набором понятий), либо с полем (и описывается уже другим набором понятий).
В 1927 г. Н.Бором был сформулирован принцип дополнительности, согласно которому для воспроизведения целостной картины, то есть для
24
полного квантово-механического описания микрообъектов требуется применение дополняющих друг друга наборов понятий: корпускулярная картина такого описания должна быть дополнена волновым альтернативным описанием. В классической физике это считалось бы недопустимым.
Корпускулярные и волновые свойства не создаются в ходе эксперимента, они в нем обнаруживаются: в одних экспериментах электрон являет себя как корпускула, в других – как волна. Это обусловлено тем, что наблюдение над микрообъектами осуществляется с помощью технических устройств, приборов, измерительных средств, которые, при их использовании, меняют состояние и характер движения микрочастиц, то есть реальность в микромире. Значение эксперимента, как утверждает В. Гейзенберг, возросло до такой степени, что реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы ее или нет. В то же время в макромире влияние приборов и измерительных средств на макрообъекты настолько мало, что им обычно пренебрегают.
Общепризнанным фундаментальным положением квантовой механики считается «принцип неопределенности», сформулированный В. Гейзенбергом. Он гласит: невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Отсюда следует, что если мы с большой точностью определяем положение микрочастицы, то в таком случае импульс ее будет определен неточно и наоборот, если максимально точно определен импульс, то положение частицы определяется недостаточно точно. Другими словами, квантовая теория не может дать однозначно точных предсказаний поведения микрочастиц; ее предсказания носят только вероятностный характер и будущее положение микрочастиц определяется лишь в некотором интервале значений. Кроме того, квантовая физика, по мнению Эйнштейна, отказывается от индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает непосредственно статистические законы, управляющие совокупностями. На базе квантовой физики невозможно описать положение и скорость элементарной частицы или предсказать ее будущий путь, как это было в классической физике. Квантовая физика имеет дело только с совокупностями. Вероятностный характер предсказаний в квантовой механике резко отличает ее от классической физики, где привыкли добиваться точных предсказаний. Тем не менее, принцип неопределенности не отменяет причинность, она просто выражается в другой форме – в форме вероятностных зависимостей и статистических закономерностей.
Вначале 20 в. произошло еще одно важное открытие, не укладывавшееся в представления обыденного человеческого опыта: была сформулирована теория относительности. В 1905 г. – специальная теория относительности, а в 1916г. – общая теория относительности. Суть своей теории сам Эйнштейн (1879-1955) выразил следующим образом: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство
ивремя сохранились бы, теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы пространство и время».
Врамках специальной теории относительности Эйнштейн отказывается от ньютоновского представления об абсолютном пространстве и времени, существующих независимо от движущейся материи, и формулирует принцип их неразрывного существования, выражаемого в понятии «четырехмерный пространственно-временной континуум». Эйнштейн обосновал так называемые релятивистские эффекты, показывающие пространственно-временные характеристики тел, обнаруживаемые только на скоростях, сравниваемых со скоростью света:
1. Сокращение линейных размеров тела в направлении его движения. Чем больше скорость, тем меньше становятся размеры тела. Если бы тело двигалось со скоростью света, то наблюдаемая длина тела была бы равна нулю.
2. Увеличение массы быстродвижущегося тела. Масса движущегося тела с точки зрения неподвижного наблюдателя больше массы покоя того же тела. Чем ближе скорость тела к скорости света – тем больше возрастает масса. Если бы скорость движущегося тела была равна скорости света, то масса тела возросла бы до бесконечности.
3. Замедление времени в быстродвижущихся телах. В быстролетящей ракете время будет протекать медленнее, чем для неподвижного наблюдателя.
Заметить релятивистские эффекты может только наблюдатель и описывает он не сам по себе физический процесс, а только результат взаимодействия этого процесса со средствами исследования. Иными словами, исследователь не является зеркалом, пассивно отражающим окружающий мир (как это представлялось в классической науке); ученый сам формирует объект познания. Идея неразрывной связи средств, методов познавательной деятельности и объекта познания становится базовой идеей в новой научной картине мира.
Врамках общей теории относительности Эйнштейн постулирует принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс, и приходит к выводу, что изменение пространственно-временных характеристик тел
25
происходит не только при движении со скоростью, приближенной к скорости света, но и в гравитационных полях. Массы, создающие гравитационные поля искривляют пространство и меняют течение времени. Реальное пространство оказывается вовсе не плоскостным, евклидовым, а искривленным. Коэффициент кривизны зависит от силы тяготения в данной точке пространства. Земля как тело, обладающее достаточно большой массой, создает вокруг себя искривленное пространство, которое и заставляет все тела падать на землю. Под действием сильных гравитационных полей происходит не только искривление пространства, но и замедление хода времени. Экспериментально установлено, что даже тяготение солнца влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Задержка сигнала рядом с солнцем составляет 0,0002 сек. Таким образом, теория относительности заменила закон всемирного тяготения Ньютона на полевой закон тяготения; гравитационное поле, создаваемое телами с большими массами определяет пространственно-временные свойства мира.
До создания теории относительности считалось, что пространство всей Вселенной адекватно описывается с помощью геометрии Евклида и его легко представить наглядно. Но очевидно, что невозможно создать визуальную модель искривленного пространства; его можно только описать математическим способом. С этой целью была использована геометрия Римана. Наглядную модель объектов микромира, которые одновременно являются и частицами и волнами, также создать невозможно. Таким образом, объяснение приобретает высочайший уровень идеализации, а принцип наглядности утрачивает свое значение.
Все вышеуказанные открытия перевернули существующие взгляды на мир. Пожалуй, самый главный вывод, который был сделан учеными – это отказ от признания за классической механикой статуса универсальности ее законов. Разумеется, классическая механика не перестала оставаться научной теорией, но у нее появились границы применения своих законов и принципов. Объект ее исследования – макромир, мир медленных движений и больших масс объектов природы.
В 20 веке в науке сложились новые нормы, идеалы, принципы проведения научных исследований, на которые стало ориентироваться все научное сообщество и, которые, соответственно стали парадигмой, получившей название «неклассическая наука»:
1.Появляется установка на невозможность описать мир сам по себе. С появлением квантовой механики, подчеркивал в свое время М.Борн, возникает проблема, трудность которой состоит в том, что нужно говорить
о состоянии объективного мира, при условии, что это состояние зависит от того, что делает наблюдатель Поэтому необходимым условием объективного объяснения и описания становится обязательный учет особенностей средств познавательной деятельности, которые взаимодействуют с объектом познания.
2.Мир рассматривается как многоуровневая развивающаяся система, в которой нет универсальных базовых принципов его существования. Законы микромира, макромира, мегамира имеют свою специфику.
3.В период классики причинность рассматривалась как однозначная детермининация событий в природе, ведущая к «непрепререкаемой предсказуемости» (лапласовский детерминизм). Такая форма причинности оказалась неприемлемой для анализа процессов происходящих в микромире. Поведение микрообъектов подчиняется не динамическим, а статистическим закономерностям. В период неклассики появляется новая форма выражения причинности, при которой данное состояние системы определяет все ее последующие состояния не однозначно, а лишь с определенной вероятностью. Статистические (вероятностные) законы используются не только в квантовой механике, но и при анализе любых сложноорганизованных систем.
4.В классике субъект познания тщательно отделялся от объекта познания для достижения достоверности, объективности. В неклассике появляется понимание того, что субъект познания детерминирован миром, в котором он живет. И, как полагает В.Степин, возникает понимание того обстоятельства, что ответы природы на наши вопросы определяются не только устройством самой природы, но и способом нашей постановки вопросов, который зависит от исторического развития средств и методов познавательной деятельности.
5.Утверждается принцип релятивизма, согласно которому характеристики вещей, процессов, явлений зависят от фактических условий протекания реальных процессов.
6.Распространяется практика использования взаимоисключающих понятий в проведении и описании исследований. Принимается принцип дополнительности. Его использование позволет описывать противоречивые ситуации и феномены в самых различных сферах познания.
7.Эволюционные идеи становятся нормами и идеалами научного объяснения в биологии и геологии. Физика продолжает выстраивать знание, абстрагируясь от идеи развития.
26
8.Если в классике случайность была формой проявления неизвестного и потому изгонялась из науки, то в неклассике ей «позволяется» занять место наряду с необходимостью, быть формой проявления и дополнения необходимости.
9.Классическая идея познания как зеркального отражения действительности утратила свое значение. Допускается истинность разных теорий, описывающих одну и ту же реальность; каждая теория содержит в себе момент истины. Реальность настолько многогранна и изменчива, что теории, вырабатываемые на том или ином этапе развития науки, могут быть только относительно истинными теориями. Абсолютную истину достичь невозможно; истина всегда конкретна, она принадлежит множеству конкретных отношений.
В 20 веке наука становится производительной силой: научные знания превращаются в особый продукт, который имеет свою цену и, соответственно, может приносить прибыль. Появляется понятие «научный работник». Происходит разделение науки на фундаментальную и прикладную. Те государства, для которых наука является приоритетным направлением, финансируют оба направления. Внимание к фундаментальным исследованиям стало возрастать после того, как физики
в1939 г. выявили новый, ядерный источник энергии.
6.Древнегреческие мыслители рассматривали Мир как некую целостность (универсум), изучаемую в рамках нерасчлененного философского знания. Становления науки в Новое время был тесно связан с процессом ее дифференциации и открытия были сделаны уже отдельными науками и во многом благодаря научной специализации; универсум при этом превратился в конгломерат фрагментов, изучаемых частными, не вполне связанными между собой дисциплинами.
Однако в двадцатом веке, особенно со второй его половины, начинает усиливаться интеграция знания и возрастает количество междисциплинарных исследований, на базе которых и совершаются наиболее значительные научные открытия. В настоящее время вновь пришло осознание необходимости создания новой универсальной научной картины мира. Процесс ее формирования осуществляется на основе следующих парадигмальных оснований: самоорганизация, эволюция, системность, возрастание роли социальных целей и этических ценностей в научном познании. Новый этап в развитии науки получил название постнеклассический и он продолжается в настоящее время.
Идеи самоорганизации и эволюции уже давно получили развитие в биологических и социально-гуманитарных науках. Считалось, что
предметы изучения данных наук – биологические и социальные системы (в том числе и мир человека) – являются открытыми, неравновесными, самоорганизующимися и труднопредсказуемыми в своем развитии. Например, согласно дарвиновской теории эволюции, процесс развития растительного и животного миров приводит их объекты к совершенствованию и усложнению, то есть к нарастанию порядка и организованности. В экономической сфере идеи, связанные с самоорганизацией экономических систем были высказаны А.Смитом еще в 18 веке в форме знаменитой метафоры о «невидимой руке рынка», который регулирует цены: на рынке устанавливается спонтанный, то есть самоорганизующийся порядок, выраженный в достижении равновесия между спросом и предложением. В физиологии был сформулирован принцип гомеостаза (У. Кеннон), согласно которому живые организмы в процессе адаптации к изменяющимся условиям существования постоянно перестраиваются для того, чтобы поддерживать устойчивое состояние важнейших параметров своей жизнедеятельности.
Однако многим другим наукам идеи эволюции и самоорганизации не были свойственны, в том числе физике, изучавшей изолированные, равновесные системы. Считалось, что равновесные системы стационарны
инечувствительны к воздействиям; для перехода из одной структуры в другую требуются сильные возмущения, а поведение систем определяют линейные зависимости. Согласно второму началу равновесной термодинамики, материальным системам присуще свойство изменяться в направлении к беспорядку, хаосу, дезорганизации, а не к самоорганизации
иэволюции. Состояние наименьшей упорядоченности является наиболее простым состоянием системы, которое и называется термодинамическим равновесием, эквивалентным хаосу. Если Вселенная замкнута, то есть представляет собой закрытую систему, то в ней, рано или поздно, наступит термодинамическое равновесие (энтропия). Из хаоса, как говорили древние греки, Вселенная родилась, в хаос же, утверждает классическая термодинамика, она и превратится.
Ситуация изменилась только тогда, когда физика обратилась к исследованию открытых систем – систем, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Большое значение для утверждения принципа эволюции открытых систем в физике имело создание термодинамики неравновесных процессов (Л. Онзагер, К. Эккарт, Э. Шредингер, И. Пригожин). На основе данной теории Э.Шредингером были сформулированы следующие идеи, которые
27
впоследствии легли в основание принципиально новой теории самоорганизации и развития – синергетики:
–все системы являются открытыми; не существует таких систем, которые не имели бы связи с внешней средой;
–любая материальная система не только рассеивает энергию во внешнюю среду (выводит беспорядок), но и способна возвращать ее в новой форме (приобретает порядок); взаимодействие системы со средой есть превращение беспорядка в порядок;
–любая система из множества состояний выбирает ту, для которой характерно минимальное рассеивание энергии, то есть ее максимальное сохранение; это характерно как для живых, так и для неживых (физических, химических) систем;
–все системы могут накапливать информацию и перестраивать ее с учетом прошлого опыта, то есть обладают способностью к самоорганизации;
–из вышесказанного следует, что Вселенной не грозит тепловая смерть, поскольку все ее элементы (подсистемы) являются открытыми системами; эволюция Вселенной в направлении создания более сложных и многофункциональных систем закономерна;
–все системы неравновесны и необратимы.
Основные принципы синергетики:
Термин «синергетика» был введен немецким физиком Г. Хакеном в 1973 г. в докладе на первой конференции, посвященной проблемам самоорганизации, а в 1980г. вышла в свет его работа «Синергетика», сделавшая его основоположником нового теоретического направления. Выступая в 1982 г. на конференции по синергетике в Москве, Г. Хакен подчеркивал, что синергетика должна направить свой поиск на нахождение общих детерминант природных и социальных процессов, поскольку существуют одни и те же принципы самоорганизации различных по своей природе систем: от электрона до людей.
Большой вклад в развитие синергетики внес бельгийский ученый русского происхождения И.Пригожин. За работы в области термодинамики неравновесных физико-химических процессов ему была присуждена Нобелевская премия. Самая знаменитая работа И.Пригожина, написанная им совместно с биологом И.Стенгерс, носит симптоматичное название «Порядок из хаоса» (1986 г.).
Синергетика опирается на принципы системности мира, его целостности, всеобщей взаимосвязи (все связано со всем), из которых выводились общие закономерности функционирования физических,
химических, социальных, биологических процессов, а также сценарии поведения отдельного человека. Другими важнейшими основаниями синергетики стали принципы открытости, нелинейности (многовариантности и необратимости), неравновесности систем и самоорганизации (все открытые, неравновесные, нелинейные системы при определенных условиях проявляют свойства самодостраивания, самоизменения; в этом смысле физические и химические процессы ведут себя как живые организмы).
Основные понятия синергетики:
Бифуркация. Это выбор пути развития системы; точка бифуркации представляет собой пункт выбора путей развития системы, она описывается с помощью нелинейных дифференциальных уравнений, имеющих ветвление решений.
Флуктуация (возмущение). Понятие обозначает случайное отклонение мгновенных значений величин от их средних значений; одни флуктуации создаются внешней средой, другие – самой системой.
Аттрактор. Это относительно устойчивое состояние системы, притягивающее к себе (на определенной стадии эволюции) множество траекторий системы.
Хаос. В синергетике хаос не есть источник деструкции, а представляет собой причину спонтанной самоорганизации; это не бесформенное состояние, а сверхсложноорганизованная последовательность, нерегулярное движение с непериодически повторяющимися траекториями, где для корреляции пространственных и временных параметров характерно случайное распределение.
Случайность. Она представляет собой конкретно-особенное проявление неопределенности, имеющее место в любых системах. Отдельные явления могут изменить свои свойства и качества независимым образом, не детерминированным характеристиками других явлений; это обусловливает непредсказуемую множественную вариативность возможных траекторий будущего развития.
Схематично механизм самоорганизации можно представить следующим образом:
Процесс самоорганизации возникает в открытой системе, которая осуществляет обмен энергии, вещества, информации с внешней средой (закрытая система, согласно второго начала термодинамики, в конечном счете, придет в состояние дезорганизации, беспорядка). Данная система находится далеко от точки термодинамического равновесия (близость к данной точке обусловливает неспособность системы к какой-либо
28
организации). Взаимодействуя с внешней средой, открытая система не может оставаться равновесной, поскольку с поступлением новой энергии (вещества, информации) неравновесность возрастает. В неравновесных условиях система начинает воспринимать те факторы, к которым она была безразлична в равновесном состоянии; она становится чувствительной к флуктуациям, случайным отклонениям системы от установленного порядка. Вначале система подавляет флуктуации, но вследствие усиления неравновесности отклонения возрастают и система постепенно приходит в состояние крайней неустойчивости – хаоса. В условиях хаоса устраняются элементы, которые не нужны системе; поэтому система радикально перестраивается. В этот момент она оказывается в точке бифуркации. В каком направлении пойдет дальнейшее развитие системы зависит от свойств самой системы, а также от набора идущих извне флуктуаций. Свойства системы определяют набор возможностей развития системы, флуктуации (случайность) «выбирают» дальнейший путь развития. Таким образом, именно случайность выводит систему на аттрактор, то есть на одну из возможных собственных структур самоорганизующейся системы; система реализует в своей эволюции один из вариантов своего возможного развития, остальные варианты отсекаются; развитие системы оказывается одновременно и необратимым, и непредсказуемым.
Таким образом, синергетика показала, что, с одной стороны, сложноорганизованные системы имеют собственные сценарии развития, зависящие от свойств самой системы; навязать извне тот или иной вариант развития системе невозможно. С другой стороны, любой эволюционный процесс предполагает альтернативные варианты развития, изучая которые вместе со свойствами системы можно определить оптимальный сценарий развития системы и с помощью флуктуации направить развитие системы по выбранному пути.
Идея неравновесного состояния системы как необходимого условия развития имеет существенное значение для анализа современных социальных процессов. В частности, она разрушает традиционный акцент на единообразии, порядке, стабильности, достигающемся в закрытом равновесном обществе. Неравновесное общество является открытым обществом, в котором происходят интенсивные процессы взаимодействия с внешней средой, обмен социальными, научными и культурными ценностями. Развитие социальной системы обеспечивается с помощью активного часто спонтанного творчества субъектов гражданского общества; социальный и политический плюрализм не ведут к разрушению системы, а закладывают основание ее самоорганизации.
Во второй половине 20 века происходит не только изменение парадигмальных оснований научного знания, но и смещаются акценты в системе «субъект познания – средства познавательной деятельности – объект познания». Это обусловлено тем, что все более важное место в жизни общества стали занимать системы, имманентно включающие человека в качестве своего важнейшего элемента – так называемые «человеко-размерные» системы. К ним относятся медико-биологические объекты, биосфера в целом, информационные комплексы (человекмашина), объекты экологии, Изучение данных систем принципиально невозможно в парадигме ценностно-нейтрального знания. Даже на стадии эксперимента исследования связаны с большой долей риска; они либо затрагивают непосредственные жизненные интересы человека, либо, воздействуя на этот объект, изменяют окружающий мир (нанотехнологии, клонирование, коллайдеры, ГМ-продукты и др.). В этой связи возрастает как значение социальной экспертизы научно-исследовательских программ (контроль со стороны общества), так и роль этических ценностей, которыми руководствуются исследователи. Если ранее ученые ориентировались только на внутринаучные цели и ценности (поиск истины), то сейчас возрастает значение вненаучных социальных целей и приоритетов, которые определяют характер и границы возможного вмешательства в объекты исследования. Общество все более наделяется правом контролировать направление научных исследований и определять степень возможных рисков.
Еще одна тенденция в развитии современного института науки заключается в усилении роли междисциплинарных исследований. Специализированное изучение мира в 17-19 вв. способствовало возрастанию точности и глубины знания в рамках конкретной научной дисциплины, но и в определенной мере обусловливало обособление знания, изоляцию дисциплинарных практик: ученые утрачивали взаимопонимание, теряли представление о месте, роли и значении своей работы в рамках общего познавательного процесса. В 20 веке, как уже отмечалось ранее, возникает тенденция к интеграции и междисциплинарному синтезу, а появляющиеся в результате ее гибридные области науки (биофизика, биохимия, геофизика, геохимия и др.) оказываются среди лидеров в приращении знания. Нормой становятся комплексные исследовательские программы, для реализации которых привлекаются специалисты из разных областей знания. Успешная реализация этих программ зависит от органичного соединения экспериментальных и теоретических, фундаментальных и прикладных
29
знаний. Существенно возрастает значение системного метода, предполагающего исследование взаимосвязей и взаимодействий частей в рамках целого.
Междисциплинарный характер современных исследований приводит к изменению методов исследовательской деятельности: методы одной науки активно используются в других науках. Например, в естествознании (чаще всего в биологии, геологии) применяется метод исторической реконструкции, который ранее использовался только в гуманитарных науках. Примером исторической реконструкции в астрофизике является реконструкция происхождения Вселенной из Большого взрыва, осуществленная С. Вайнбергом и представленная в виде определенной последовательности кадров.
Важнейшим признаком современной науки является методологический плюрализм. Мир представляет собой совокупность открытых, нелинейных, самоорганизующихся систем; он вариативен, непредсказуем, в определенном смысле – случаен. Поэтому невозможно построить полную, непротиворечивую научную картину мира; она может быть только вариативной (плюральной). Разные теории, методы, способы анализа данных и другие элементы научного познания могут признаваться как имеющие право на существование. Тем самым неизбежно усиливается внимание к внерациональным компонентам познавательной деятельности (интуиция, воображение, красота, простота). При этом истина рассматривается не только как относительная и конкретная, но и конвенциональная.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Основные исторические этапы развития науки.
2.Особенности древневосточной преднауки.
3.Предпосылки появления научных знаний в Древней Греции. 4.Особенности развития научных знаний в эпоху Средних веков. 5.Влияние научной революции 17 века на становление науки. 6.Основные черты классической науки.
7.Влияние открытий 19 века на развитие научных знаний 8.Основные научные открытия рубежа 19-20 вв., их влияние на изменение основных принципов научного знания.
9.Корпускулярно-волновой дуализм.
10.Принцип дополнительности
11.Специфика отношения прибор – объект в квантовой механике
12.Вещество и поле.
13.Понимание пространства и времени в классической и неклассической науке.
14.Философское значение основных постулатов теории относительности Эйнштейна.
15.Основные принципы неклассической науки.
16.Предмет синергетики.
17.Равновесные и неравновесные состояния.
18.Открытые и закрытые системы.
19.Устойчивые и неустойчивые системы.
20.Основные принципы постнеклассической науки.
ЛИТЕРАТУРА
1.Гайденко П.П. История новоевропейской философии в ее связи с наукой. М.,2000.
2.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.; ЮНИТИ, 2003. – 287 с.
3. Степин В.С. Теоретическое знание. Структура, историческая эволюция.М., 2000.
4.Степин В.С. Философия науки. Общие проблемы: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук. – М.;
Гардарики, 2006. – 384с.
5.Томпсон М. Философия науки. – пер. с англ. А.Гарькавого. – М.; ФАИР-
ПРЕСС, 20003. – 304 с.
6.Ильин В.В. Философия и история науки. Учебник. – 2-е изд. Доп. – М.; Изд-во Моск. Ун-та, 2005. – 432 с.
ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА. ИНФЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ.
1.Фаза расширения, инфляции Вселенной.
2.Строение материи.
3.Роль фундаментальных постоянных в структуре Вселенной.
4.Человек и Вселенная – антропный принцип в космологии.
1.Разработанная во второй половине ХХ века инфляционная модель, так же как и теория Большого взрыва, являются элементами физической, то есть, частнонаучной картины мира. Это значит, что они опираются на
30
законы и факты, существующие в современной физике. А так как они касаются событий, происшедших примерно 20-25 млрд. световых лет назад, то носят преимущественно вероятностный, гипотетический характер. В силу чего к ним нельзя относится как к установленным и доказанным теориям, что вообще вряд ли возможно в отношении столь удаленных во времени событий. Поэтому инфляционную модель следует воспринимать как очередную рабочую гипотезу, призванную восполнить недостатки теории Большого взрыва.
Как известно, концепция Большого взрыва исходила из состояния сингулярности материи, когда все вещество Вселенной находилось в единой точке – точке сингулярности материи. В определенный момент времени по неизвестным причинам она взорвалась и в результате образовалась Вселенная. Однако данная теория испытывала затруднения в объяснении ряда наблюдаемых фактов, например, чем определяется образование галактик при их возникновении из ионизированного газа, а также асимметрия вещества и антивещества. Она также не давала достаточно четкого объяснения ни причинам, приведшим к взрыву, ни первым мгновениям существования вселенной после взрыва. Поэтому возникла необходимость в новых теориях, способных устранить вышеперечисленные недостатки.
В результате американскими учеными А.Гутом и П.Стейнхардтом была разработана «теория инфляции», или теория расширяющейся Вселенной. В дальнейшем эту теорию развил и усовершенствовал советский физик А.Д.Линде. Модель инфляционной Вселенной призвана объяснить более ранние отрезки времени зарождения нашей Вселенной – с её вакуумоподобного состояния. Поэтому она предшествует состоянию описываемому теорией Большого взрыва и совпадает с ней, начиная от 10- 30с. после начала расширения.
Исходным пунктом данной концепции является постулирование первоначального состояния – физического вакуума, в результате взрыва которого, возникла наша Вселенная. Основная идея состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия, как и исходная материя, возникла из квантового вакуума, то есть как бы из ничего. В физическом вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но это, как утверждается авторами, – не безжизненная пустота, в нем имеются виртуальные (призрачные) частицы, которые рождаются, имеют мимолетное бытие и тут же исчезают. Поэтому вакуум кишит виртуальными частицами и насыщен сложными взаимодействиями между
ними. Причем энергия, заключенная в вакууме, располагается как бы на разных этажах, т.е. имеется феномен разностей энергетических уровней вакуума. Разным энергетическим уровням соответствуют разности отрицательных давлений (для квантового вакуума характерно наличие сил отталкивания).
Примерно таким должно было быть вакуумное состояние. Инфляционная теория начинает рассмотрение с возбужденного, или ложного, вакуума в котором существует космическое отталкивание большой величины, которое и вызывает расширение зародыша Вселенной. С этого момента, занимаемый ею объем пространства удваивается каждые 10-34с. Значит, рождающаяся Вселенная, была возбужденной квантовой системой. Но фаза инфляции не может продолжаться бесконечно, потому что ложный вакуум неустойчив и стремится к распаду. Отталкивание исчезает, когда происходит распад ложного вакуума, что ведет к замедлению расширения Вселенной.
В фазе инфляции пространство нашей Вселенной увеличивается от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров (примерно со спичечный коробок). Такое расширение в 1050 раз больше, чем предполагалось в концепции Большого взрыва. К концу фазы инфляции Вселенная стала пустой и холодной. Распад ложного вакуума высвободил энергию в виде излучения, которое мгновенно нагрело Вселенную примерно до 1027 К. Характер (качество) исходной энергии описывается теорией великого объединения (ТВО) как некая суперсила, объединяющая гравитационное, сильное ядерное, слабое ядерное и электромагнитное взаимодействия. А теория суперсимметрии указывает на одиннадцатимерное пространство и время Вселенной в это мгновение. Изза необычайно высокой температуры и огромного давления излучения Вселенная продолжила раздувание, но теперь уже в геометрической прогрессии, то есть с ускорением. В итоге сверхплотная и сверхгорячая материя взорвалась. Так, или примерно так, произошел Большой взрыв Вселенной. Тип такого расширения получил название инфляции. Он происходит в промежутке времени примерно от 10-35с до 10-30с. С этого момента эволюция Вселенной описывается стандартной теорией горячего Большого взрыва.
А на вопрос, откуда взялась гигантская энергия Большого взрыва и взорвавшаяся материя, инфляционная теория отвечает – в конечном счете, из возбужденного вакуума. Пока вакуум находится в равновесном состоянии, там существуют лишь виртуальные (призрачные) частицы, которые занимают в долг у вакуума энергию на короткий промежуток
31