Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое специализированное донаучное знание?

2. Каким образом древнеегипетские жрецы объясняли ежегодные разливы Нила?

3. Почему в часе 60 минут, а в минуте - 60 секунд?

4. Кто такой Евклид? В какой области науки он осуществлял свою деятельность?

5. Сформулируйте закон Архимеда? Что подтолкнуло автора к его открытию?

6. Как понимал движение Аристотель? Сформулируйте основные открытые им законы движения.

7. Сформулируйте основные положения геоцентрической системы Птолемея.

8. Объясните происхождение терминов «алгебра», «алгоритм».

9. Что Вы можете сказать о деятельности Парацельса?

10. Что такое тривиум и квадривиум?

11. Какие факультеты были в первых европейских университетах?

12. За что сожгли на костре Джордано Бруно?

13. Сформулируйте законы Кеплера.

14. Перечислите основные естественнонаучные открытия, сделанные Галилеем.

15. В чем суть принципов инерции и относительности, открытых Галилеем?

Литература.

1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997, с.98-106.

2. Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания. - М., 1999, с.8-22.

3. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. - М., 1998, с.13-30.

4. Лось В.А. Концепции современного естествознания. - М., 2000, с.17-30.

Тема 3. Корпускулярная, континуальная и математическая концепции описания мира План.

1. Сущность математической концепции: формальное описание исследуемых явлений.

2. Понятие континуума. Сущность континуальной концепции.

3. Корпускуляризм как наиболее полное описание реальности и как концептуальный базис классической науки.

4. Классическая механика Ньютона как пример реализации корпускулярного подхода.

5. Закон всемирного тяготения как математическая ad hoc гипотеза в рамках корпускуляризма.

6. Корпускулярная концепция света. Понятие фотона.

7. Континуальное истолкование закона преломления. Принцип Гюйгенса.

8. Континульное истолкование явлений интерференции и дифракции Френелем. Парадоксальность эфирной теории световых явлений.

9. Дифракция электронов. Принцип де Бройля.

1. История естествознания – это история борьбы трех основных концепций: математической, корпускулярной и континуальной. Основоположником математической концепции является Пифагор, который учил, что все есть число. Последнее есть пустая абстракция, иначе говоря, небытие. Впоследствии Галилей конкретизировал математическую концепцию в виде тезиса: «Природа есть книга, написанная языком математики». С точки зрения математической концепции познать мир, значит, выразить его закономерности на языке математики, т.е. в виде математической формулы.

2. Континуальная концепция исторически восходит к Аристотелю. Он считал, что природа боится пустоты, поэтому все пространство Вселенной заполнено бесконечно делимой материей, образующей непрерывный континуум. Познать мир, значит, выразить его как перетекание материальных потоков в континууме. С логической точки зрения континуальная концепция соответствует принципу Парменида: «Бытие есть, а небытия нет».

3. Корпускулярная концепция, восходящая к Демокриту, предполагает существование как бытия (атомов), так и небытия (пустоты). Атомы движутся в пустоте и взаимодействуют только посредством соударения. Аристотель отказался от корпускуляризма вследствие его нелогичности: он допускает бытие небытия, поскольку пустота есть небытие. Концепция Аристотеля господствовала в науке вплоть до эпохи Возрождения, однако формирование нововременной науки было осуществлено на базе корпускулярной концепции. Последняя, несмотря на свою нелогичность, оказалась наиболее полным, и потому наиболее перспективным описанием реальности.

4. Основоположником классического понимания реальности является И. Ньютон. С его именем связана вторая глобальная научная революция: переход от учения Аристотеля к классической механике Ньютона. Конечно, отказ от аристотелизма был подготовлен трудами таких выдающихся представителей нововременной науки как Галилей и Декарт. Первый опроверг закон падения тел Аристотеля, а также сформулировал подрывающие аристотелевское учение принципы инерции и относительности. Что же касается Декарта, то он сформулировал философскую программу построения классической науки в парадигмальном трактате «Рассуждение о методе». Не случайно Ньютон констатировал впоследствии: «Я стоял на плечах гигантов».

В основе ньютонианского понимания мира лежат три закона, названные впоследствии законами Ньютона. Согласно первому из этих законов, если на тело не действует внешняя сила, оно движется прямолинейно и равномерно, либо покоится. По второму закону Ньютона изменение количества движения (импульса) пропорционально времени действия силы. Наконец, согласно третьему закону Ньютона, действие равно противодействию.

5. Ньютон считал, что он открыл законы, по которым Бог сотворил мир. Однако первая же попытка выйти за рамки простейших механических движений привела Ньютона к серьезным затруднениям. Он попытался объяснить движения планет вокруг Солнца. Поскольку между Землей и Солнцем на первый взгляд нет никакой материальной субстанции, Земля должна прямолинейно удаляться от Солнца, однако она обращается вокруг него по эллипсу, что с точки зрения корпускулярной концепции абсолютно необъяснимо.

Ньютон попытался разработать эфирную теорию, согласно которой планеты увлекаются в движение вокруг Солнца эфирным ветром, возникающим вследствие вращения Солнца вокруг своей оси. Последнее, однако, предполагало круговое, а не эллиптическое движение. В конце концов, Ньютон отказывается от континуальной (эфирной) теории и формулирует чисто математическую гипотезу – закон всемирного тяготения, согласно которой между любыми двумя объектами во Вселенной действует сила, прямо пропорциональная произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Ньютон вывел свой закон методом обратной дедукции из законов Кеплера, но при этом он не мог объяснить механизма действия соответствующей силы, что вызвало критику современников. В частности, Лейбниц назвал закон всемирного тяготения «варварством в физике».

В результате закон всемирного тяготения был принят только потому, что никто не предложил объяснения лучше, хотя попытки опровержения соответствующего закона продолжаются вплоть до настоящего времени.

6. Объяснив при помощи своей системы законов явления макро- и мегамира, Ньютон попытался объяснить явления микромира, обратившись для этой цели к изучению световых явлений. Согласно его концепции, свет представляет собой поток особого рода частиц – фотонов – распространяющихся в пустоте по прямолинейным траекториям.

Фотонная гипотеза позволила объяснить Ньютону такие световые явления как прямолинейное распространение света (луч), отражение (угол падения равен углу отражения), а также дисперсию (разложение света на основные цвета). Необъясненными остались такие явления как интерференция (кольца Ньютона) и дифракция (попадание светового луча в область геометрической тени).

Проблемным оказалось объяснение закона преломления Снеллиуса-Декарта, в соответствии с которым отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для данных двух сред. Объяснить данный закон можно было только исходя из предположения, что свет меняет скорость своего движения при переходе из одной среды в другую. Однако из фотонной концепции получалось, что при переходе в более плотную среду свет ускоряется, что противоречило здравому смыслу.

7. В отличие от случая с законом всемирного тяготения на этот раз было предложено альтернативное объяснение световых явлений – голландским ученым Гюйгенсом, который истолковал свет как волновой процесс передачи энергии в особой континуальной среде, получившей наименование светоносного эфира. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка эфира, до которой доходит световая волна, становится источником вторичных волн. В отличие от корпускулярной интерпретации, из волновой теории света следовало, что в более плотной среде скорость распространения световых волн уменьшается, что соответствовало здравому смыслу.

Последнее привело к методологической аномалии, известной как корпускулярно-волновой дуализм. Суть этой аномалии в том, что определенная часть световых явлений объяснялась корпускулярно, а другая часть – континуально. Это противоречило самой сути науки, исключающей внутренние противоречия.

8. Осознание аномальности методологической ситуации, сложившейся в оптике, явилось непосредственным толчком для объявления Парижской академией наук конкурса на лучшее объяснение явлений интерференции и дифракции. Организаторы конкурса надеялись на то, что лучшее объяснение будет предложено сторонниками ньютоновской корпускулярной традицией объяснения световых явлений. Однако, вопреки ожиданиям, лучшую теорию предложил Френель, объяснивший интерференцию наложением двух световых волн, а дифракцию – способностью волны огибать препятствия.

Желая опровергнуть теорию Френеля, Пуассон предложил контрпример, согласно которому из теории Френеля следует наличие яркой световой точки внутри тени, отбрасываемой круглым предметом, освещенным точечным источником света («пятно Пуассона»). Ненаблюдаемость данного пятна, по мнению Пуассона, свидетельствовала о ложности теории Френеля. Однако экспериментатор Араго поставил простой эксперимент, подтвердивший существование пятна Пуассона. Тем самым была доказана волновая природа света.

9. С логической точки зрения корпускулярная, континуальная и математическая концепции являются несовместимыми. Между тем к концу 19 века микромир объяснялся континуально, макромир – корпускулярно, а мегамир – математически. В этой связи было, например, непонятно, почему плотная (твердая) эфирная среда не препятствует планетарным движениям.

Трудности в физике усилились после того как в 1899 году была открыта первая элементарная частица – электрон. Эксперименты показали, что он демонстрирует те же самые волновые свойства, что и фотон. Например, при прохождении через экран с двумя отверстиями электрон дает явственную интерференционную картину.

Впоследствии аналогичные эксперименты были поставлены с протонами и нейтронами. Последнее позволило де Бройлю сформулировать известный принцип, согласно которому всякая частица есть волна и всякая волна есть частица. Философским обобщением данного положения явился принцип дополнительности Бора, суть которого в том, что в одних экспериментах элементарные частицы ведут себя как волны, а в других – как частицы. И поскольку прямого чувственного доступа к микромиру у нас нет, мы должны принять обе взаимоисключающие картины в качестве дополнительных.