Тема 1.04. Формирование научных программ (математическая, атомистическая, континуальная)

Научная исследовательская программа и научная картина мира.Под научной картиной мира подразумевают систему важнейших понятий, принципов и законов, лежащих в основе понимания окружающей нас природы. Концепции естествознания служат основой представлений об общей картине природы. Разработка методологии науки потребовала создания структурно-понятийной научной формации, выявляющей механизмы, приводящие к революциям в науке, обосновывающей смену стилей мышления, научных картин мира. Наиболее известными из таких формаций являютсянаучная парадигмаТ.Куна иисследовательская программаМ.Д.Ахундова и С.В.Илларионова.

Парадигма – признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу. Процесс развития науки разделяется на два этапа – периоднормальной науки (развитие в рамках существующей парадигмы) ианомальный период, т.е. период научной революции.

Концепция научно-исследовательских программ возникла как попытка установления таких механизмов и структур, которые описывали бы и период нормальной науки, и механизмы смены парадигм. Структура программы:

1. «Жесткое ядро» программы – система знаний, не подлежащих обсуждению и критике.

2. «Защитный пояс» вспомогательных гипотез, критика и пересмотр которых не затрагивают «жесткого ядра».

3. «Негативная эвристика» - призвана сохранять «жесткое ядро» от опровержения, в том числе, экспериментального.

4. «Позитивная эвристика» - определяет направление научных разработок. Идеи Милетской школа (Фалес): проблема поиска первоначала. Родоначальники греческой науки Фалес Милетский, Анаксимандр и Анаксимен (7 – 6 в.в. до н.э.) выдвигали идею о материальной первооснове всех вещей и их развитии из этой первоосновы. У Фалеса эта первооснова – вода, у Анаксимандра – нечто бесконечное и неопределенное – апейрон, у Анаксимена – воздух.Идея безостановочной изменчивости вещей. Гераклит (6 -5 в.в. до н.э.) создал представление о мире как о вечно движущимся, вспыхивающем и угасающем огне («Все течет!», «Нельзя дважды войти в одну и ту же реку»). Идеи Гераклита противоречат религиозным представлениям о сотворении Мира.

Идеи мыслителей Элейской школы (Ксенофан, Парменид, Зенон): дуализм познания. Элеаты (название школа получила по месту возникновения – городу Элея) отводили главную роль в познании мышлению, противопоставляя его чувственному восприятию как текучему и неустойчивому. Элеаты впервые выдвинули идею единого бытия, понимая его как непрерывное, неизменное, присутствующее в любом мельчайшем элементе действительности, исключая множественность вещей и их движение.Ксенофан(6-5 в.в. до н.э.) - основатель элейской школы, проповедовал учение о единстве, вечности и неизменяемости всего сущего, выступал с критикой антропоморфизма (наделения человеческими качествами животных, неодушевленных предметов, богов) и многообразия.Парменид(6-5 в.в. до н.э.) – основатель элейской школы, обосновал идею тождества мышления и бытия: «мыслить и быть суть одно и то же».Зенон (5 в. до н.э.) ввел в употребление представление о постижении истины посредством спора или истолкования противоположных мнений.

Апории Зенона: постановка вопроса о движении и о природе континуума. Зенон – автор знаменитых парадоксов движения, наиболее известные из которых –«Ахиллес и черепаха» и «Стрела». Для разрешения парадоксов Зенон предлагал считать пространство дискретным, т.е. лишенным континуальности (непрерывного единства).

Идеи Пифагорейский школы: мир, гармония, число. Пифагор (6 в. до н. э.) считал число сущностью вещей, а Вселенную – гармонической системой чисел и их отношений, верил в число как основу всего сущего. Структуру Космоса пифагорейцы представляли как физико-арифметическо-акустическое единство. Задолго до Коперника Пифагор считал Землю шаром, движущимся вокруг Солнца.

Пифагорейско-платоновская исследовательская программа. Платон (5-4 в.в. до н.э.) – философ-идеалист, ученик Сократа, последователь пифагорейцев и элиотов. По Платону идеи – высшая причина и цель бытия, на вершине системы – идея блага. Вещи – подобие и отражение идей. Познание естьанамнесис, т.е. воспоминания души об идеях, которые она созерцала до соединения с телом.

Появление принципа причинности. Этот принцип – один из принципов научного познания наряду с принципами объективности, рациональности и системности. Принцип причинности содержится в ученииДемокрита ((5-4 в.в. до н. э.) и, строго говоря, сводится к принципу детерминизма, т.е. утверждению о том, что все события в мире связаны между собой причинной связью. Беспричинных явлений не бывает, как не бывает и событий, не влекущих за собой каких-либо последствий.

Пустота и атомы (Левкипп, Демокрит). Основные принципы атомистического ученияДемокрита:

1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц – атомов, которые перемещаются в незаполненном (пустом) пространстве.

2. Атомы неуничтожимы, а, следовательно, и сама Вселенная вечна.

3. Атомы – мельчайшие и неделимые частицы.

4. Атомы находятся в постоянном движении, изменяя свое положение в пространстве.

5. Все атомы различаются по величине и форме.

6. Все предметы материального мира образуются из различных сочетаний атомов.

Аристотелевская научная программа: единая первостихия, отсутствие пустоты в природе,континуальная программа. Учение Аристотеля образует полную энциклопедию научных знаний своего времени. К основным положениям этого учения можно отнести следующие положения.

Материя– первичный субстрат каждой вещи. Например, материя статуи – мрамор, материя дуба – желудь, из которого он развился. «Текучесть» материи видна из того, что можно поставить вопрос о первичной субстанции, т.е. первоматерии всех вещей и предметов.

Движениепонимается как общее изменение, как активное превращение возможного в действительное. Простейшее механическое движение – равномерное движение по окружности.

Время – своеобразная мера движения.

Континуальная программа Аристотеля. Ядро программы – утверждение о невозможности пустоты, из чего следует отрицание атомистических идей и противопоставления этим идеям представления о непрерывности, т.е. континуальности материи. Аргументы Аристотеля в пользу своих взглядов: в пустоте в отсутствие сопротивления среды скорость движения была бы бесконечной, что невозможно; в пустоте скорости падения тел были бы одинаковы для всех тел, чего не наблюдается (Аристотель ошибочно полагал, что чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает).

Космологические представления Аристотеля: разделение мира на подлунный и небесный. По Аристотелю земной мир построен из изменчивых и превратимых друг в друга элементов, в нем происходит непрерывное изменение, разрушение и уничтожение. В основе – четыре противоположности: сухость и влажность, тепло и холод, дающие начало четырем основным элементам мира: холодная и сухая земля, холодная и влажная вода, теплый и влажный воздух, теплый и сухой огонь. В земном мире действуют также начала тяжести и легкости, в соответствии с чем все тела стремятся либо вверх, либо вниз, каковые движения рассматриваются как естественные. Все остальные движения – насильственные. Космос – идеален и неизменен. В центре мироздания – Земля (геоцентризм). Вселенная ограничена и разделена на сферы.

Геоцентрическая система мира Птолемея («Альмагест»). Птолемей(2-1 в.в. до н. э.) разработал теорию движения планет, Луны и Солнца вокруг неподвижной Земли, позволяющую предвычислять их положения на небе. Главный труд - «Альмагест» («Великое математическое построение астрономии в 13 книгах»), имевшее большое практическое значение для мореплавания и определения координат.Развитие континуальной исследовательской программы: принцип близкодействия и понятие физического поля (Фарадей, Максвелл, Герц).Принцип близкодействия предполагает существование определенной субстанции, служащей для передачи взаимодействия от одной точки пространства к другой с конечной скоростью. Этот принцип противостоит принципу дальнодействия, согласно которому взаимодействия могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью. Фарадей Майкл (1791 -1867 г.г.), английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле. Одно из главных открытий – явление электромагнитной индукции, т.е. возникновения электрического тока в проводящем контуре во внешнем переменном магнитном поле. Фарадей предвидел существование электромагнитных волн, а также то, что свет и электромагнетизм имеют общую природу.

Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879 г.г.) – английский физик, создатель теории электромагнитного поля, ее математической модели. Система уравнений Максвелла обобщила все законы электромагнетизма, установив фундаментальные соотношения между характеристиками электрического и магнитного полей.

Герц Генрих (1857 – 1894 г.г.) На основе уравнений Максвелла Герц теоретически решил задачу о распространении электромагнитных волн, получив соответствующее волновое уравнение, в котором скорость света совпала с экспериментально определенной ранее, что подтвердило представление о свете как электромагнитной волне. В последствие Герц впервые в истории науки осуществил передачу и прием электромагнитных волн.

Физическое поле– форма существования материи, которая в отличие от другой известной формы,вещества, является континуальной и утверждает принцип близкодействия на том основании, что электрические и магнитные поля могут существовать в пространстве отдельно от создающих их зарядов и токов, распространяться в пространстве и переносить энергию.Развитие атомистической исследовательской программы (Бойль, Ньютон, Резерфорд, Бор).

Бойль Роберт (1627 -1691 г.г.) – английский физик и химик, изучал законы поведения газов, а также одним из первых ввел в химическую науку атомистические представления.

Ньютон Исаак (1642 – 1727 г.г.) великий английский ученый-физик, автор корпускулярной теории света. Корпускулы Ньютона могут рассматриваться как атомы света.

Резерфорд Эрнест (1871 – 1937 г.г.) – создатель планетарной модели атома, в соответствии с которой практически вся масса атома сосредоточена в его положительном ядре, причем размеры ядра на пять порядков меньше размеров атома. Основанием для создания этой модели послужили результаты опытов по рассеянию альфа-частиц тонкими металлическими мишенями. Планетарная модель атома не могла быть принята классической физикой, поскольку не объясняла устойчивости атома: в соответствии с теорией Максвелла электрон, двигаясь по криволинейной орбите вокруг ядра, должен излучать, т.е. терять энергию, в результате чего атом должен прекратить свое существование.

Бор Нильс (1885 – 1962 г.г.) – великий датский физик, создатель модели атома водорода (простейшего из атомов). В основе модели атома Бора – два постулата, один из которых состоит в утверждении о существовании в атоме стационарных орбит, двигаясь по которым электрон не излучает и не поглощает энергию; второй постулат вводит условие квантования энергии излучения и поглощения при переходе электронов с одних орбит на другие.

Развитие космологических представлений пифагорейцев. Рассматривая числовые соотношения как источник гармонии космоса, пифагорейцы представляли себе его строение как систему сфер с диаметрами определенных соотношений. Вращение этих сфер являлось источником гармоничного звучания – «музыка сфер».

Гелиоцентрическая система мира Коперника. Коперник Николай (1473 -1543 г.г.) – польский астроном. Объяснил взаимное движение светил на небе вращением Земли вокруг оси и ее движением вокруг Солнца, т.е. создал математическое обоснование гелиоцентрической системы мира.

Развитие математической программы (Ньютон, Максвелл, Эйнштейн, Шредингер). Созданный Ньютоном математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления стал основой новой методологии естествознания, отводящей математике более значительную и фундаментальную роль, чем до Ньютона. Очень часто чисто математические рассуждения приводят к предсказанию нового ряда явлений. Концепция математического обоснования явлений природы становится трансдисциплинарной концепцией естествознания. С помощью разработанного Ньютоном математического аппарата ему удалось объяснить результаты опытов Галилея по изучению свободного падения тел, обосновать идею искусственного спутника Земли.

Максвелл создал систему дифференциальных уравнений для описания электромагнитного поля, что дало возможность предсказать существование электромагнитных волн.

Математические представления геометрических свойств пространства Лобачевского и Римана позволили Эйнштейну создать общую теорию относительности.

Принцип дальнодействия и корпускулы Ньютона.В механике Ньютона тела взаимодействуют на расстоянии и взаимодействие передается мгновенно. Именно эта мгновенность передачи взаимодействий и обусловливает ненужность какой-либо среды и утверждает принцип дальнодействия. С такой позицией Ньютона согласуется его представление о том, что свет – поток частиц, корпускул. Другой, альтернативный взгляд на природу света отстаивал Гюйгенс: свет имеет волновую природу, световые волны распространяются в упругой механической среде – светоносном эфире.

Фотоны – кванты света.Идея квантования электромагнитного излучения впервые высказана Максом Планком для объяснения закономерностей теплового излучения. Фотоны – кванты электромагнитного излучения. Электромагнитные кванты, фотоны, отличаются от других элементарных частиц тем, что движутся только со скоростью света и имеют нулевую массу покоя.

Понятие квантового поля.Суть теории квантового поля заключается в том, что поле более не рассматривается как континуальная, непрерывная среда. Дирак, введя в науку представление об античастицах, применил к теории электромагнитного поля правила квантования, получил дискретные значения энергии поля. Ранее считалось, что в некоторой области пространства электромагнитного поля нет, если нет квантов этого поля, но тогда в этой области пространства должна быть пустота, т.е. вакуум. В связи с открытием античастиц возник вопрос – пуст ли вакуум. Сейчас хорошо известны эффекты, доказывающие, что вакуум пуст только в среднем. В нем постоянно рождаются и исчезают в огромных количествах виртуальные частицы и античастицы. Квантовая теория поля является ядром всей современной физики, представляет собой общий подход ко всем известным типам взаимодействий.

0. Естественнонаучные картины мира

Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная. Естественнонаучная картина мира представляет собой образно-философское обобщение достижений наук на данном этапе развития цивилизации.

Механистическая картина мирасформировалась вXVIIв. и господствовала в течение примерно двух столетий, вплоть до концаXIXв. К основным ее особенностям, или принципам следует отнести:принцип обратимости, или симметрии времени, означающий, что в уравнениях механики направление времени никак не учитывается, а поэтому все явления и процессы могут рассматриваться как обратимые;принцип механического детерминизма, означающий, что состояние системы в любой момент времени можно точно и однозначно определить, зная ее предыдущее состояние;принцип редукции, т.е. тенденция сведения закономерности более высоких форм движения материи к законам простейшей его формы – механическому движению;отрыв материи от форм ее существования,т.е. утверждение об абсолютном характере свойств пространства и времени, никак не связанных с наличием и движением тел;принцип дальнодействия, согласно которому взаимодействия в пустом пространстве могут передаваться с какой угодно скоростью.

Электромагнитная картина мирасформировалась к серединеXIXвека. В этой картине электромагнитные явления фигурируют как самостоятельные формы движения, которые нельзя свести к механическому движению. Электромагнитное поле рассматривается как форма существования материи наряду с веществом. Поле выступает как посредник при взаимодействии тел, т.е. утверждается принцип близкодействия. Из разработанной Максвеллом теории электромагнитного поля следовало предсказание существования электромагнитных волн и их тождественности процессу распространения света.

Неклассическая картина мира, сформировавшаяся как целостная система знаний в первой половинеXXстолетия, включает в себя представления об относительности свойств пространства и времени, идеи квантово-волнового дуализма, а также взамен прежних понятий классического детерминизма оперирует понятиями детерминизма вероятностного, воспринимая случайность как фундаментальное свойство микромира.

Современная эволюционная картина мира начала формироваться начиная со второй половиныXXвека. Ее основным принципом является эволюционизм в его особых формах:космизм (предполагает изучение явлений природы в их взаимосвязи со Вселенной, развивающейся, самодвижущейся материи);экологизм( предполагает изучение окружающего мира в неразрывной связи с влиянием цивилизации в ходе ее развития на среду обитания человека),антропный принцип(заключается в том, что все без исключения физические константы Вселенной существуют в реальности, которая неизбежно приводит к появлению жизни, человека и его сознания, как будто это – цель развития Вселенной),холизм(подход к объектам исследования как к целостным образованиям, имеющим общую основу в эволюционном плане), гуманизм(подход к изучению окружающего мира с позиций человеческих ценностей, включая такую форму сознания как мораль, нравственность).