Естественные науки

    1. Естественные науки

    Естественные науки — разделы науки, отвечающие за изучение внешних по отношению к человеку, природных (естественных — от «естество», природа) явлений.

    Происхождение естественных наук связано с применением философского натурализма к научным исследованиям. Принципы натурализма требуют изучать и использовать законы природы, не привнося в них законы, вводимые человеком, то есть, исключая произвол человеческой воли.

    Понятие о естественных науках введено также для их размежевания с науками гуманитарными и социальными (в России последние нередко объединяют в комплекс наук об обществе). Математику объединяют с логикой в комплекс формальных наук, и не включают в естественные науки, поскольку их методология существенно отличается от методологии естественных наук.

    Основой естественных наук следует считать естествознание — науку о природных явлениях. Это область науки, изучающая совокупность естественных наук, взятую как целое.

    Естествознание  появилось более 3000 лет назад. Тогда  не было разделения на физику, биологию, географию. Науками занимались философы. С развитием торговли и мореплавания началось развитие географии, а с развитием техники — развитие физики, химии.

    В средневековом сознании доминировали ценностно-эмоциональные отношения к миру над познавательно-рациональными. Именно поэтому точкой отсчёта в духовном освоении мира выступали ценностные противоположности — добро и зло, небесное и земное, божественное и человеческое, святое и грешное и др. Вещь, попавшая в сферу отражения, воспроизводилась прежде всего с точки зрения её полезности для человека, а не в её объективных связях. Аналогичным образом человек характеризовался прежде всего не его объективными чертами (деловитостью, активностью, способностями), а через сословно-иерархические ценности: престиж — авторитет — власть и др.

    Стержнем средневекового сознания выступало религиозное мировоззрение, в котором истолкование всех явлений природы и общества, их оценка, а также регламентация поведения человека обосновываются ссылкой на сверхъестественные силы. Представление о сверхъестественных силах было порождено как практическим бессилием человека перед природой (неразвитость производительных сил, сельскохозяйственный и ремесленный характер производства), так и стихийным характером социально-классовых процессов, процессов общения (социальный гнёт, социальная несправедливость, непредсказуемость жизненных ситуаций и др.).

    Выделяя себя из природы, но ещё не противопоставляя себя ей полностью, средневековый человек  и не формулирует своего отношения  к природе как самостоятельной сущности. В качестве такого определяющего отношения для него существует другое отношение — к Богу, а отношение к природе вторично и производно от отношения к Богу. Знание природы подчинено «чувству Божества». Природа рассматривается им как сфера, созданная, творимая и поддерживаемая всемогущим и всевидящим Божеством, абсолютно зависящая от него, своими предметами, их поведением реализующая его волю во всем (в том числе и в отношении воздействия на людей, их судьбу, социальный статус, жизнь и смерть). Природа — проводник воздействия на людей Божьей воли, вплоть до того, что она есть и средство их наказания.

    Для средневекового человека природа — это мир вещей, за которыми надо стремиться видеть лишь символы Бога. Поэтому и познавательный аспект средневекового сознания был направлен не на выявление объективных свойств предметов зримого мира, а на осмысление их символических значений, то есть их отношения к Божеству. Познавательная деятельность была по преимуществу толковательной, оценочной, опиралась на иерархизированную и субординированную систему ценностей, ценностное сознание.

    Таким образом, средневековое сознание не ориентировано на выявление объективных закономерностей природы. Его главная функция — сохранение ценностного равновесия человека и мира, субъекта и объекта.

    К концу XII — началу XIII веков наметился «исторический рывок» средневековой Западной Европы, в основе которого лежало развитие производительных сил (как в сельском хозяйстве, так и в ремесле). Происходит целая «технологическая революция» в агротехнике — появляется тяжёлый колесный плуг, боронование, совершенствуется упряжь тягловых животных, что позволяет в 3—4 раза увеличить нагрузки, появляется трёхпольная система земледелия, совершенствуется земельно-хозяйственная кооперация, осваиваются новые источники энергии —сила воды и ветра, распространяются водяные и ветряные мельницы и др. Изобретение кривошипа и маховика механизирует многие ручные операции. Рационализируется организация хозяйственной деятельности (особенно в монастырях). Избыточное производство сельскохозяйственной продукции стимулирует развитие торговли, ремесленного производства. Нарастает тенденция урбанизации. Складываются центры мировой торговли (Венеция, Генуя), «миры-экономики». Формируется дух уважительного отношения к физическому труду, к деятельности изобретателей, инженеров: дух изобретательности и предприимчивости все в большей степени пронизывает культурную атмосферу общества. Превращение физического труда в ценность, в достойное занятие открывает путь к его рационализации. Тяжесть физического труда осознается как нечто нежелательное; формируется представление о необходимости поисков путей его облегчения и высвобождения свободного времени.

    В этих условиях происходит и подъём духовной жизни. Одним из наиболее ярких его выражений явилось возникновение новых образовательных учреждений — университетов. Ещё в XII веке возник университет в Болонье. 1200 г. считается годом основания Парижского университета.

    В XIII веке появляется много университетов  в других городах Западной Европы: в Неаполе (1224), в Тулузе (1229). В XIV веке появляются университеты в Священной Римской империи: Пражский (1349), Венский (1365), Гейдельбергский (1385) и др.

    В жизни университетов в концентрированной  форме отражались и воспроизводились духовные традиции средневековой культуры. Среди них в первую очередь — особое отношение к знанию.

    Знание не рассматривалось как главная цель духовной деятельности; оно трактовалось как некоторый её побочный продукт. Удвоение мира в сознании на земной, грешный, бренный и небесный, божественный, возвышенный, идеальный — предполагало постановку вопроса о возможности приобщения к миру «по ту его сторону». Способом такого приобщения считались не знания, а вера (в том числе и формы чувственно-эмоциональной экзальтации, связывавшие человека с божественной первосущностью). Поэтому вере здесь отдаётся предпочтение перед знанием.

    В период позднего средневековья (XIV—XV века) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественнонаучной картины мира и складываются предпосылки для создания нового естествознания, новой физики, новой астрономии, возникновения научной биологии. Такой пересмотр базируется, с одной стороны, на усилении критического отношения к аристотелизму, а с другой стороны, на трудностях в разрешении тех противоречий, с которыми столкнулась схоластика в логической, рациональной интерпретации основных религиозных положений и догматов.

    Одно  из главных противоречий, попытки  разрешения которого толкали средневековую  схоластическую мысль на «разрушение» старой естественнонаучной картины мира, состояло в следующем: как совместить аристотелевскую идею замкнутого космоса с христианской идеей бесконечности божественного всемогущества? Ссылки на всемогущество Бога служили у средневековых схоластов основанием для отказа от ряда ключевых аристотелевских представлений и выработки качественно новых образов и представлений, которые впоследствии способствовали формированию предпосылок новой механистической картины мира. К таким качественно новым представлениям и образам могут быть отнесены следующие.

• 1) допущение существования пустоты, но пока не абстрактной, а лишь как нематериальной пространственности, пронизанной божественностью (поскольку Бог не только всемогущ, но и вездесущ, как считали схоласты).
• 2) изменяется отношение к проблеме бесконечности природы. Бесконечность природы все чаще рассматривается как позитивное, допустимое и очень желательное (с точки зрения религиозных ценностей) начало. Такое начало как бы проявляло такую атрибутивную характеристику Бога как его всемогущественность.
• 3) как следствие образа бесконечного пространства возникает и представление о бесконечном прямолинейном движении.
• 4) возникает идея о возможности существования бесконечно большого тела. Образ пространственной бесконечности постепенно перерастает в образ вещественно-телесной бесконечности. При этом рассуждали примерно так: «Бог может создать всё, в чём не содержится противоречия; в допущении бесконечно большого тела противоречия нет; значит, Бог может его создать».
• 5) всё чаще допускалось существование среди движений небесных тел не только идеальных (равномерных, по окружности), соизмеримых между собой, но и несоизмеримых. Иррациональность переносилась из земного мира в надлунный, божественный мир. В этом перенесении усматривали признаки творящей силы Бога: Бог способен творить новое повсюду и всегда. На этом пути снималось принципиальное аристотелевское различие мира небесного и мира земного и закладывались предпосылки интеграции физики, астрономии иматематики.

    Качественные  сдвиги происходят как в кинематике, так и в динамике. В кинематике средневековые схоласты вводят понятия «средняя скорость» и «мгновенная скорость», «равноускоренное движение» (они его называли униформно-дифформное). Они определяют мгновенную скорость в данный момент как скорость, с какой стало бы двигаться тело, если бы с этого момента времени его движение стало равномерным. И, кроме того, постепенно вызревает понятие ускорения.

    В эпоху позднего средневековья получила значительное развитие динамическая «теория импетуса», которая была мостом, соединявшим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Жан Буридан (XIV век) объяснял с точки зрения теории импетуса падение тел. Он считал, что при падении тел тяжесть запечатлевает в падающем теле «импетус», поэтому и скорость его все время возрастает. Величина импетуса, по его мнению, определяется и скоростью, сообщенной телу, и «качеством материи» этого тела. Импетус расходуется в процессе движения для преодоления трения, и когда импетус растрачивается, тело останавливается.

    Аристотель считал главным параметром для любого момента движения расстояние до конечной точки, а не расстояние от начальной точки движения. Благодаря теории импетуса внимание исследовательской мысли постепенно переносилось на расстояние движущегося тела от начала движения: тело, падающее под действием импетуса, накапливает его все больше и больше по мере того, как оно отдаляется от исходного пункта. На этом пути складывались предпосылки для перехода от понятия импетуса к понятию инерции. Всё это постепенно готовило возникновение динамики Галилея.

    Соответственно, первыми представителями естественных наук следует считать великих  естествоиспытателей прошлого, таких, как Блез Паскаль, Исаак Ньютон, Михаил Ломоносов.

    С течением времени общее направление  естествознания разделилось на обособленные научные направления. К ним относятся такие базовые науки как:

• Астрономия
• Биология
• География
• Геология
• Физика
• Химия

    Биология - это естественная наука о жизни, предметом изучения являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой.

    География - единый комплекс естественных наук, изучающих географическую оболочку Земли и акцентирующий на выявлении пространственно-временных закономерностей.

    Физика - определенная область естествознания и естественных наук. Физика изучает наиболее общие фундаментальные закономерности, которые определяют эволюцию и структуру материального мира. Основные законы физики лежат в фундаменте всего естествознания.

    Химия - одна из самых важных и обширных областей познания естественных наук. Это отрасль о веществах, строении и превращениях, их свойствах, которые происходят в результате различных химических реакций, а также фундаментальных законах, которым данные реакции подчиняются.

    Астрономия - естественная дисциплина о передвижении, развитии и строения небесных систем и тел, вплоть до Вселенной в общем. Астрономия, в частности, изучает Солнце, все планеты Солнечной системы и их спутники, метеориты, кометы, астероиды, звезды и внесолнечные системы, межпланетное вещество, туманности, межзвёздное вещество, галактики, скопления, квазары, пульсары, чёрные дыры и так далее.

    Все существующие современные естественные науки, применяют математическую модель для описания и понятия рассматриваемых  явлений. Естественные дисциплины дают точное определение закономерностей, которые описывают рассматриваемые явления природы.

    Одновременно, модель не может объяснить все  стороны изучаемого объекта или  явления.

    Хорошая модель, кроме объяснения известных, должна давать возможность предсказывать  новые свойства. Математическое моделирование  широко используется там, где экспериментальные исследования трудоемки и дорогостоящи, или вообще невозможны (например, в изучении социальных явлений).

    Кроме задачи о прогнозе, математическое моделирование помогает классифицировать и систематизировать фактический  материал, увидеть существующие связи в мозаике фактов. Это вытекает из того, что модель является специфическим-ярким и выразительным языком, предназначенным для описания для описания изучаемого объекта или явления.

    Мир математических моделей разнообразен. Существуют различные схемы их классификации. Однако, каждая модель конкретна и предназначена для описания достаточно узкого круга объектов и явлений.

    Таким образом, естественные науки предполагают точное формульное определение закономерностей, описывающих рассматриваемые природные явления; а также формульную запись новых гипотез и теорий.

    В результате, обеспечиваемые естественными  науками описания содержат численные  значения. Кроме того, благодаря  точным математическим выкладкам любая  гипотеза может быть проверена и при необходимости скорректирована.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Гипотезы о происхождении Солнца и планет

    Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.

    Существует много известных гипотез происхождения Солнечной системы:

    1. Теория вихревого движения всепроницающей жидкости (или эфира), передающей вращение веществу. Р. Декарт, 1644 г. Ее модификации: Тер Хаар 1938 г., К. Вейцзекер 1944 г.

    Декарт предложил теорию вихревого движения Вселенной для объяснения ее движущих сил. Согласно этой теории, движение одной частицы воздействует на все остальные частицы во всей Вселенной. Происходит это путем взаимосвязанного вихревого движения, в процессе которого образуется все, начиная с Солнечной системы и звезд и кончая самыми крошечными частицами. Подобное рассуждение должно было послужить развитию очень сложной научной системы, постичь которую способен только математик. И все же по этой теории интересно судить о том, как развивалась человеческая мысль.

    Главная идея этой теории Декарта некоторым образом напоминает и понятие двойной спирали ДНК, и теорию элементарных частиц. Также в своих длительных поисках силы, способной взаимодействовать с душой и телом, Декарт искал нечто подобное радиоволнам или электричеству. Современный мыслитель Жан де Мандевилль отметил, что подобный факт свидетельствует о наличии возможности того, что человеческое сознание в состоянии порождать определенного рода научные теории, почти не принимая во внимание их объект.

    При голосовании на французской Национальной Ассамблее ньютонианцы победили картезианцев. Гравитация одержала верх. И было решено, что Декарт может быть захороненным где угодно.

    Некогда истина принадлежала сфере теологии, ныне она вступила в царство демократии. Декарт не придерживался ни теологии, ни демократии. И поэтому он покоится в церкви Сен-Жермен де Пре в центре Латинского квартала в Париже, где его привычке сомневаться и вставать в полдень непоколебимо следуют и по сей день.²

    2. Соударение кометы с Солнцем. Из Солнца выплеснулось до-планетное вещество Ж. Бюффон, 1745 г.

    По его мнению, однажды большая комета столкнулась с Солнцем, благодаря чему произошёл выброс солнечного вещества. Это вещество, разбившись на части, образовало планеты и их спутники.

    Бюффон не задаётся вопросом о происхождении комет и Солнца. Он считал кометы телами, не принадлежащими Солнечной системе. Кроме того, он, как мы теперь знаем, ошибочно полагает, что Солнце и кометы являются твёрдыми телами. При скользящем столкновении гигантской кометы с таким Солнцем, последнее должно было приобрести вращение и потерять часть своей массы, которая, расплавившись при ударе, смогла бы образовать вращающиеся вокруг Солнца тела. При этом, все будущие планеты должны приобрести то движение, которое и наблюдается в Солнечной системе: в одном направлении, в плоскости, близкой к плоскости экватора Солнца. Как мы видим, Бюффон попытался объяснить наиболее значимые особенности существования нашей планетной системы.

    По Бюффону, спутники планет образовались ещё на той стадии, когда сами планеты были жидкими и имели значительную скорость вращения вокруг собственной оси. Из-за быстрого вращения от экваторов планет должны были отделяться частицы вещества, которое и пошло на образование спутников. Как мы увидим, в других космогонических гипотезах эта идея отрыва вещества от быстро вращающихся тел не останется не замеченной.

    Очевидны ошибки Бюффона (нам, из грядущих веков глядя, легко это сказать). Солнце, конечно, вовсе не твёрдое, а кометы обладают столь ничтожными массами, что хоть как-то повлиять своим столкновением с гигантским светилом они просто не в состоянии. Исследования Земли говорят нам, что наша планета никогда не переживала время жидкого (расплавленного) состояния, что тоже противоречит идеям Бюффона. Кроме того, выброшенное вещество неминуемо должно было, описав эллиптическую дугу, упасть обратно на Солнце. И уж совсем невероятно, что все планеты после столь неуправляемой катастрофы стали двигаться по почти круговым орбитам, подчиняясь при этом некому правилу (закон Тициуса-Боде). Очень скоро гипотеза Бюффона попала под критические молнии Пьера Симона Лапласа и навсегда покинула научную сцену.³

    3. Прохождение Солнца рядом с другой звездой. Из Солнца вырывается струя раскаленного газа. Звезды расходятся. Газ охлаждается, и из него образуются планеты. Бикертон, 1878 г., Д.Х. Джинс, 1916 г.

    4. Последовательное образование Солнца, а затем и планет из холодного облака неизвестной природы. Вращательное движение небесные тела обретали за счет усреднения хаотического движения частиц, до стадии перехода к вращению. И. Кант, 1755 г.

    Кант предположил, что Солнечная система образовалась из космического облака, или «хаоса». Формируясь из сгущений, возникших в первичной туманности, планеты отдалялись от нее и от Солнца центробежными силами. Интересно, что Кант изложил эти идеи в трактате, посвященном доказательству бытия Божия. По мнению Канта «Бог вложил в силы природы тайное искусство самостоятельно развиваться из хаоса в совершенное мироздание». У Канта, таким образом, образование планет происходило из холодного газопылевого облака.

    Идею Канта поддержал Лаплас, однако, согласно его гипотезе планеты образовались в результате отделения от раскаленного протосолнца газовых колец, их охлаждения и конденсации. Кольца разделялись на несколько масс, образовавших затем разные планеты.

    Эта гипотеза получила название небулярной (от лат. nebula – туманность) гипотезы Канта-Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной (лат. rotatio – вращение).

    5. Д.Х. Джинс, 1916 г. Гипотеза Канта-Лапласа не могла объяснить также и тот факт, что момент количества движения (кинетический момент) планет приблизительно в 29 раз больше момента количества движения Солнца, а это противоречит закону сохранения кинетического момента. Для разрешения этого противоречия появились так называемые «катастрофические гипотезы», к которым относится гипотеза Джинса. Согласно ей некая звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала мощные приливы на нем, принявшие форму газовых струй, из которых впоследствии образовались планеты. Из этой гипотезы следовал вывод об уникальности Солнечной системы.

    6. Случайная встреча и захват уже готового газопылевого облака Солнцем, в ходе его галактического движения. О.Ю. Шмидт, 1944 г.

    Советский ученый О.Ю. Шмидт (1891-1956) предположил, что Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, могло захватить материю, обладающую достаточным моментом количества движения. Расчеты Шмидта, в частности, показали, что начальный период обращения Солнца был очень большим, а затем должен был уменьшиться до 20 суток. В действительности он равен 25 суткам, и такое совпадение считается хорошим.⁴

    7. Разрушение компонента двойной звезды. Г.Н. Рэссел, 1935 г. Ее модификация: Солнце было тройной звездой. Две из них столкнулись, после чего улетели в неизвестность, оставив часть своего вещества, для производства планет. Р.А. Литлтон, 1936 г.

    Рэссел подсчитал (1935) момент импульса приблизившейся к Солнцу звезды — он оказался на порядок меньше среднего момента импульса планет. Ему пришлось предположить, что Солнце в прошлом было двойной звездой. Спутник Солнца вращался от него на расстоянии орбиты Урана или Нептуна, какая-то внешняя звезда столкнулась с ним, отбросила его за пределы Солнечной системы и удалилась сама. Английский астроном Литлтон высказал идею (1936) о принадлежности Солнца в прошлом к тройной звездной системе. Он рассчитал, что при движении двух звезд в разном направлении образующаяся между ними лента вещества могла быть захвачена Солнцем.⁵