Формирование точного естествознания в Новое время

Введение. 

    XVIIв. открывает особый период в развитии философской мысли, который принято называть классической философией. В развитии европейской духовной культуры этот век определяют как век «разума»: ему поклоняются, обращаются к нему как к «высшему судье» в делах человеческих; утверждается идея «разумности» мира. Формируется новая, так называемая просветительско-модернистская философская парадигма.

    В эту эпоху формируется вера в  безграничные возможности разума - неограниченный рационализм. Нет ничего, что человек не мог бы исследовать  и понять. Наука не знает границ. Новое время утверждало отличную от античных и средневековых ценностей  роль науки. Наука не самоцель, ею нужно  заниматься не ради забавного времяпровождения, не ради любви к дискуссиям и не ради того, чтобы прославить свое имя. Она должна нести пользу человеческому  роду, увеличивать его власть над  природой.

    Одной из важных особенностей этой парадигмы  является стремление утвердить новое  представление о реальности, бытии. Развитие мануфактурного производства, буржуазный образ жизни ориентировал на познание природы, природного бытия  как действительной реальности. Именно природа («натура»), а не божественный дух является истинной «мировой субстанцией», «действительным бытием» с точки зрения мыслителей этой эпохи. Соответственно этому «главным» знанием становится знание о природе - естествознание. При этом происходит «очищение» философии от гуманистической ориентации, направление ее на «чистую» (без специфически человеческого, социального аспекта), объективную природу.

    Стремление  философов XVIIв. к совершенствованию философского знания, преодолению схоластических установок и предрассудков средневековой философии, опиралось на осмысление и обобщение результатов и методов новой науки, науки, направленной на познание природы, а не божественного духа. Это создало предпосылки для утверждения философского материализма в собственном смысле слова.

    Особенностью  науки нового времени является, с  одной стороны, опора на опытно-экспериментальное  знание как главное средство достижения новых, практически действенных  истин, на знание свободное от какой-либо ориентации на любые авторитеты. С  другой стороны, в развитии науки  этого времени значительную роль сыграли успехи математики, приведшие  к возникновению алгебры, аналитической  геометрии, к созданию дифференциального  и интегрального исчислений и  др.

    Лидером естествознания в Новое время, благодаря научной революции XVI-XVIIвв., стала механика - наука о движении тел, наблюдаемых непосредственно или с помощью инструментов. Эта наука, основанная на экспериментально-математическом исследовании природы, оказала существенное влияние на формирование новой картины мира и новой парадигмы философствования. Под ее влиянием формируется механистическая и метафизическая картина мира. Все явления природы трактуются как машины или системы машин, созданные бесконечным творцом. Правда, творчество бога сведено в этой картине к минимуму - созданию материи и сообщению ей некоего первоначального толчка, в результате которого вся она приходит в хаотическое движение. Распутывание этого хаоса и его трансформация в космос происходит уже спонтанно в соответствии с закономерностями механического движения и подчинено жесткой однозначной детерминации. Бог становится внешним «щелчком» по отношению к созданному им миру. Такое понимание мира отличает естествознание нового времени не только от античной и средневековой науки, но и от натурфилософии ХV-XVIвв., рассматривавших понятие «природа» и «жизнь» как тождественные.

    Развитие  науки, и прежде всего нового естествознания, утверждение ее особой роли в развитии человечества, побуждает философов  постоянно согласовывать свои представления  и умозрения с данными и  методами, принятыми в точном естествознании. Философско-методологические работы принадлежат  к числу главных трудов, в которых  сформулированы многие принципы новой, антисхоластической философии .

    Таким образом, в XVIIв. философия выступает в союзе с наукой о природе. Она стала уподобляться естествознанию, переняв у него и стиль мышления, и принципы, и методы, и идеалы, и ценности.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Научный эксперимент  – основной метод исследований Нового времени.

    Основной  метод исследований Нового времени  — научный эксперимент, который  отличается от всех возможных наблюдений тем, что предварительно формулируется гипотеза, а все наблюдения и измерения направлены на ее подтверждение или опровержение.

    Экспериментальный метод начал готовить к разработке еще Леонардо да Винчи (1452-1519). Но Леонардо жил за сто лет до этой эпохи, и  у него не было соответствующих технических  возможностей и условий. Не разработана была также логическая структура экспериментального метода. Эксперименту Леонардо да Винчи недоставало строгости определений и точности измерений, но можно только восхищаться универсальностью ума этого человека, которой восторгались его современники и которая поражает нас сегодня. С методологической точки зрения Леонардо можно считать предшественником Галилея. Помимо опыта он придавал исключительное значение математике. «Лучше маленькая точность, чем большая ложь», — утверждал он¹.

    Наука Нового времени столь органично  сочетала экспериментальное и математическое исследование природы, что анализ опытных  данных представлял их как выражение  математической логики устройства Вселенной. Дедуктивное выведение теоретических  следствий, которые подлежали затем  эмпирической проверке, становилось  тогда ведущим методом. Более  того, все чаще даже принципиально  новые наблюдательные данные  служили  скорее подтверждением уже выработанных идей, чем их источником.

    В Новое время порой даже несоответствие экспериментальных результатов  ожиданиям «здравого смысла»  расценивалось как проявления более  глубокой сущности явлений. Сам эксперимент  стал научным в эпоху Галилея. Сознавая ограниченность возможностей «голого опыта», великий ученый широко пользовался направленным экспериментом, реорганизуя реальную ситуацию и  адаптируя ее к возможностям эксперимента.

    Фрэнсис Бэкон - считается основателем опытной  науки Нового времени. Он был первым философом, поставившим перед собой  задачу создать научный метод. В  его философии впервые сформулированы главные принципы, характеризующие  философию Нового времени. Английский мыслитель выделял два типа опытов - "плодоносные" и "светоносные". Первые - приносят непосредственную пользу человеку, вторые - приводят к новому знанию. Разработка методологии проведения таких экспериментов - несомненная заслуга Бэкона.

    В Новое время, во многом благодаря  экспериментальному методу, были объяснены  многие довольно простые явления, над которыми человечество задумывалось в течение многих веков, а также были высказаны идеи, определившие научные поиски на века вперед.

2. Иоганн Кеплер - Новая модель Космоса.

    В трехсотлетнем периоде Нового времени особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Кеплер, Галилей, Декарт, Ньютон. 

    Крупнейших математиков и астрономов Иоганн Кеплер (1571 – 1630) занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. В книге «Новая астрономия» завершенной в 1607 году, Кеплер приводит два, из своих трех знаменитых законов движения планет:

• Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
• Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем, линия соединяющая Солнце с планетой (радиус-вектор планеты), за ее равные промежутки времени описывает равные площади.

    Эти законы были выведены вследствие изучения движения планеты Марс. Кеплер внес несколько коренных изменений в геометрическую модель мира Аристарха:

• Планетарные орбиты, которые в модели Аристарха целиком лежали в оной плоскости, следовало поместить в различные плоскости. Плоскости должны проходить через Солнце.
• Принцип равномерного кругового движения, который неизменно лежал в основе математического подхода к астрономии с момента зарождения до конца XVI века, следовало заменить новым – отрезок прямой, соединяющий планету с Солнцем, описывает равные площади за равные промежутки времени.
• Движение планет по круговой орбите заменить эллиптическим, поместив в один из фокусов эллипса Солнце.

    Кеплер  не смог объяснить причины планетных движений: он считал, что их «толкает» Солнце, испуская при своем вращении особые частицы, при этом эксцентричность орбиты  определяется магнитным взаимодействием Солнца и планеты. Все его усилия ушли на математическое описание предложенной геометрической модели. Сколь непростой была эта задача, свидетельствует  множество безуспешных попыток Кеплера совместить его закон площадей с круговыми формами орбит. В отчаянии он усомнился в верности закона, пока не преодолел стереотип мышления, загипнотизированный общепринятым представлением, он заставлял их (планеты) двигаться по кругам, подобно ослам на мельнице.

    Закон площадей Кеплера - это первое математическое описание планетарных движений, исключившее  принцип равномерного движения по окружности как первооснову:

• Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся   как кубы больших полуосей их орбит.

    Более того, он впервые выразил связь  между мгновенными значениями непрерывно изменяющихся величин угловой скорости планеты относительно Солнца и ее расстояния до него. Этот «мгновенный» метод описания, который Кеплер впоследствии, вполне осознано, использовал при анализе движения Марса, стал одним из выдающихся принципиальных достижений науки XVII века - методом дифференциального исчисления, оформленного Лейбницем и Ньютоном.

    Также Кеплер разработал теорию солнечных  и лунных затмений, предложил способы  их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы. С помощью этих таблиц можно  было в любой момент времени с  высокой степенью точности определить положение планет.

    В конце концов, Кеплеру удалось построить модель Солнечной системы. Это было «звездным часом» не только для Кеплера, но для человечества.

    Законы  Кеплера стали вехой, возвещавшей  вступление науки в продолжавшуюся  свыше двух веков эру механико-математического  естествознания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Галилео Галилей  – первый классик естествознания.

    Основы  нового типа мировоззрения, новой науки  были заложены современником И.Кеплера Галилео Галилеем (1564 – 1642). Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание. Исходной посылкой было выдвижение Галилеем аргумента, что для формулирования четких суждений относительно природы, ученым надлежит учитывать только объективные – поддающиеся точному измерению – свойства (размер, форма, количество, вес, движение), тогда как свойства, просто доступные восприятию (цвет, звук, вкус, осязание), следует оставить без внимания как субъективные и эфемерные. Лишь с помощью количественного анализа наука может получить правильные знания о мире.

    Очень важно, что свою систематическую  ориентацию на опыт Галилей сочетал  со стремлением к его математическому  осмыслению. Эксперимент для него – планомерно проводимый опыт, посредством  которого исследователь как бы задает природе интересующие его вопросы. Ответы, которые он хочет получить, возможны не на путях умозрительно-силлогистических рассуждений, но должны быть итогом дедуктивно-математического  осмысления результатов исследования. Галилей ставил такое осмысление столь высоко, что считал возможным  полностью заменить традиционную логику, как бесполезное орудие мышления, математикой, которая только и способна научить человека искусству доказательства.

          Это важнейшая сторона  методологии Галилея вылилась у  него в идею систематического применения двух взаимосвязанных методов –  аналитического и синтетического. При  помощи аналитического метода исследуемое  явление расчленяется на более простые  составляющие его элементы. Затем  вступает другое методологическое действие в виде того или иного предположения, гипотезы, с помощью которых достигается  объяснение интересующих ученого фактов или явлений природы в их большей  или меньшей сложности. Эта задача решается проверкой правильности принятой гипотезы, которая не должна находиться в противоречии с фактами, выявленными  при анализе опыта. Такого рода проверка осуществляется при помощи синтетического метода. Иначе говоря, Галилей нашел  подлинно научную точку соприкосновения  опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы. Это дает возможность связать научное мышление, невозможное без абстрагирования и идеализации, с конкретным восприятием явлений и процессов природы.

    В учении Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Как свидетельствуют А. Эйнштейн и Л. Инфельд, «самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности – это проблема движения».

    Галилей сформулировал принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции. Это было крупнейшим достижением человеческой мысли: предложив его миру, он решил фундаментальную проблему — проблему движения. Уже одного этого открытия было бы достаточно для того, чтобы Галилей стал выдающимся ученым Нового времени.

    Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения.

    Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой.

    Галилею принадлежит экспериментальное  обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.

    Известны  его астрономические наблюдения Солнца, Луны, Юпитера. В работе «Диалог  о двух системах мира — Птолемеевой  и Коперниковой» он доказал правильность гелиоцентрической картины мира, утверждению которой способствовали передовые ученые того времени. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Математика  Рене Декарта.

    Рене  Декарт (1596-1650),  являясь одним из основоположников «новой философии», был глубоко убежден, что на истину «... натолкнется скорее отдельный человек, чем целый народ». При этом он отталкивался от «принципа очевидности», при котором всякое знание должно было проверяться с помощью естественного «света разума». Это предполагало отказ от всех суждений принятых на веру.

    По  Декарту научное  знание должно было быть построено, как единая система, в то время как до сих пор оно было лишь  собранием случайных истин. Незыблемым основанием (точкой отсчета) такой системы должно было стать наиболее очевидное и достоверное утверждение. Декарт считал абсолютно неопровержимым  суждение "мыслю, следовательно, существую". Этот  аргумент предполагает убеждение в превосходстве умопостигаемого над чувственным, не просто принцип мышления, а субъективно пережитый процесс мышления, от которого невозможно отделить собственно мыслящего.

    Математические  исследования Декарта тесно связаны с его философскими и физическими работами. В труде «Геометрии» (1637) Декарт впервые ввел понятие переменной величины и функции. Алгебра Декарта имеет всегда один основной элемент - линейный отрезок, операции над которым приводят опять-таки к некоторому отрезку. Эти отрезки по свойствам равносильны действительным числам. Таким образом, у Декарта действительное число выступало как отношение длины отрезка к единичному отрезку, хотя сформулировал такое определение числа лишь И. Ньютон.

    Отрицательные числа получили у Декарта реальное истолкование в виде направления ординат. Декарт ввел общепринятые теперь знаки для переменных и искомых величин (х,у,z) и для буквенных коэффициентов (a,b,c), а также степеней.

    Записи  формул алгебры у Декарта почти не отличаются от современных. Большое значение для формулировок общих теорем алгебры имела запись уравнений, при которой в одной из частей стоит нуль. Декарт положил начало исследованиям свойств уравнений; сформулировал положение о том, что число действительных и комплексных корней уравнения равно его степени (это основная теорема алгебры, которою строго доказал К. Гаусс в конце 18 в.); привел правила знаков для определения числа положительных и отрицательных корней уравнения; поставил вопрос о границах действительных корней и выдвинул проблему приводимости многочлена.

    Он  указал, что уравнение 3-й степени  разрешимо в квадратах радикалах  и решается с помощью циркуля  и линейки, когда левая часть  его приводима. В аналитической  геометрии, которою одновременно с Декартом разрабатывал Ферма, основным достижением Рене явился созданный им метод прямолинейных координат. В область изучения геометрии Декарт включил "геометрические" линии, которые можно описать одним или несколькими непрерывными движениями шарнирных механизмов, причем последующие движения, вполне определяются предшествующими. Трансцендентные "механические" кривые Декарт исключил из своей геометрии, т. к. для их изучения его алгебраический метод был недостаточен. Рене дал кинематическую характеристику этих двух основных классов плоских линий, указав, что "геометрические" кривые выражаются в прямоугольной системе координат алгебраическими уравнениями. Декарт отметил тот факт, что степень уравнения кривой не зависит от выбора прямоугольной системы координат. В "Геометрии" Декарт изложил алгебраический способ построения нормалей и касательных к плоским (алгебраически) кривым и применил его, в частности, к некоторым кривым 4-го порядка. Заложил основы аналитической геометрии. "Геометрия" оказала огромное влияние на развитие математики, и в течение около 150 лет алгебра и аналитическая геометрия развивались преимущественно в направлениях, указанных Декартом.

    Декарт сделал и другие открытия. Среди них заслуживают внимания ценные результаты в области исчисления бесконечно малых: вычисление площади циклоиды по методу неделимых; проведение касательной к циклоиде и ее разновидностям, основанное на идее о мгновенном центре вращения; определение свойств логарифмической спирали; приближенное решение задачи об определении кривой по данному свойству касательной.

    Значение  Декарта для развития современной  науки и философии огромно. Кроме  того, что он утвердил «новые принципы философии», он способствовал развитию ряда специальных научных дисциплин, в частности математики. Он является творцом аналитической геометрии. Достойны внимания и его труды, посвящённые  проблемам физики, в том числе  оптики. Его идеи, относящиеся к  области естественных наук, серьёзнейшим образом повлияли на развитие французского, в частности механистического, материалистического, философского и естественнонаучного  мышления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Исаак Ньютон

    К концу  XVII века  «Новый космос», новая картина мира, что и было когнитивной сутью науки, была полностью создана. «Ньютоновская физика была .... спущена с Небес на Землю по наклонной плоскости Галилея», Анри Бергсон. Ее архитектором и прорабом стал Исаак Ньютон (1643 - 1727). Роль Ньютона в истории науки удивительна. Многое, чем он занимался, что он описал, в частности, в знаменитых «Математических началах натуральной философии» - первое издание вышло в 1687 году  под наблюдением Э. Галлея, было раньше высказано и описано другими. Например, в частных экспериментах и рассуждениях Х. Гюйгенс (1629 - 1695) фактически использовал основные положения, которые позднее легли в основу теории Ньютона:

• Пропорциональность веса тела его массе  .
• Соотношение между приложенной силой, массой и ускорением   .
• Равенство действия и противодействия.

    У Ньютона, также как и у Галилея, слились космология и механика (правда, без философии – «гипотез не измышляю»), главными положениями которых стали следующие.

    Понятие движущей силы - высшей по отношению  к телу (любому: снаряду или Луне, например), которая может быть измерена по изменению движения его производного.

    При этом Ньютон понял, что сила, скорость и ускорение представляют собой  векторные величины, а законы движения должны описываться как соотношения  между векторами. Наиболее полно  все это выражается вторым законом  Ньютона:

    Ускорение , сообщаемое телу массы , прямо   пропорционально    приложенной силе   и    обратно   пропорционально массе, т.е.

    Понятие инерции, которая изначально присуща  материи и измеряется ее количеством. Первый закон Ньютона гласит: «Если бы на тело не действовало никаких сил вообще, то оно после того, как ему сообщили начальную скорость, продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно и прямолинейно». Следовательно, никаких свободных движений нет, а любое криволинейное движение возможно лишь под действием силы.

    Понятие соотношения гравитационной и инертной масс (они прямо пропорциональны  друг другу). Отсюда следует обоснование  тяготения как универсальной  силы, а также   третий закон Ньютона: «Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположно направленное, или, иными словами, взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению».

    Особое  место в размышлениях Ньютона  принадлежит поиску адекватного  количественного (математического) описания движения. Отсюда берет начало новый  раздел математики, который Ньютон назвал «методом начальных и конечных отношений» (дифференциальное исчисление). Ньютон пользовался этим методом для доказательства многих фундаментальных теорем. Тем не менее, многие из современников Ньютона в принципе отвергали этот метод. Они утверждали, что «конечное отношение» двух «исчезающих» (величин стремящихся к нулю) представляют собой неопределенность и, следовательно, лишены всякого смысла. Возражая им в своем труде «Математические начала натуральной философии», Ньютон писал: «Предельные отношения исчезающих количеств не есть суть отношения пределов этих количеств, а суть те пределы, к которым  при бесконечном убывании количеств приближаются отношения их и к которым эти отношения могут подойти ближе, нежели на любую наперед заданную разность, но которых превзойти или достигнуть на самом деле не могут, ранее, чем эти количества уменьшатся бесконечно».

    Исследуя  движения по некруговой орбите, Ньютон рассматривал его как постоянно «падающее». При этом он ввел понятие «предельное отношение», основанное на интуитивном представлении о движении, так же, как евклидовы понятия «точки» и «линии» основаны на интуитивном восприятии пространства - это своего рода кванты движения.

    Большое значение при этом имеют те "предельные отношения", которые характеризуют скорость изменения каких-либо величин, т.е. изменения в зависимости от времени. Ньютон назвал их "флюксиями", сейчас – производные. Вторая производная при этом звучала как "флюксия от флюксий", что особенно возмущало одного из критиков Ньютона епископа Дж.Беркли, который считал это нелепым изобретением, подобным призраку призрака.

    Отдельно  упоминания заслуживают  понятия  абсолютного ("пустого") пространства, в котором находятся сосредоточенные  массы (с их взаимным дальнодействием  и единым центром масс); и абсолютного  же времени с начальной точкой отсчета (полностью обратимого, поскольку  перемена знака времени в формулах механики не меняет их вида и смысла).

    Теория  Ньютона - простая, ясная, легко проверяемая  и наглядная -   стала фундаментом  всего "классического естествознания", механической картиной мира и философии, интегральным выражением и критерием  самого понимания научности на более  чем 200 лет. Не утратила она  своего значения и сегодня. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Социальная  сторона научных открытий Нового времени 

    Рассмотрение истории научных открытий Нового времени не может быть исчерпано лишь ее когнитивной стороной. В XVII веке наука стала наукой как социальная система.

    Одной из предпосылок первой научных открытий явилось разложение сословных отношений ремесленного производства. При ремесленном производстве наличие сведений о технологии выполнения находились у узкого круга людей. Эти сведенья, рецепты принципиально не фиксировались, «разрушались» при попытке их словесного описания и передавались только в процессе внутрисемейного, внутрицехового общения. В отличие от цехового, мануфактурное производство несет расчленение ремесленной деятельности, разделение труда, специализацию орудий труда, образование частичных и комбинированных рабочих. Каждый частичный рабочий лишается способности делать, что-то самостоятельно, но приспосабливается к выполнению конкретной функции. Мануфактура культивирует одностороннюю сноровку рабочего, и разные степени образования.

          Для передачи информации между рабочими надо было создать  «интеллектуальный слой»    кадров – духовенства, правоведов, медиков и т.д. Все средневековые университеты строились по одной из двух схем. Первая схема – образец Парижского «университета магистров». Тут воспроизводили одну цеховую структуру. Вторая – Болонский «университет школяров». Школяры были большей частью «иностранцы» (не жители этого города) нанимали тех преподавателей, лекции которых хотели слушать. Университеты были созданы и призваны, во-первых, учить, а во вторых давать некоторым из закончивших обучение – учить самим. Задачей университетов как корпораций было отнюдь не производство знания, а воспроизводство образованных людей – интеллектуалов всех профессий. Решая эту задачу, университеты демонстрировали образец безличного, формального основанного на письменном закреплении способа воспроизводства кадров. Для реализации социального наследования сведений по такому образцу необходимо было найти способ преобразования сведений в универсальный каноны, принципиально доступные для усвоения любому человеку ( не наделенному гениальностью).