Естествознание в эпоху Античности
Существуют различные точки отсчета развития науки:
наука, как система подготовки кадров существует с середины 19 века;
как непосредственная производительная сила общества – со второй половины 19 века;
как институт – в новое время;
как знания и деятельность по производству этих знаний – с начала человеческой культуры.
Совокупность условий, а также появление в культуре человеческого общества самостоятельной сферы, отвечающей критериям научности, складываются в Древней Греции в 17-18 веках до нашей эры. Именно между 7- 4 веками до нашей эры накопленные греками знания, появляются характеристики и свойства, которые позволяют говорить о греческом комплексе знаний о природе как о науке. Все науки и научные теории выражают на базе определенных научных доктрин. Образуются правовые и политические институты с принципами человеческого достоинства, защиты его прав и свобод, имущества и других интересов.
Эпоха античности дала и миру произведения, научные работы и философские идеологии таких ученых и философов как:Фалес, Милетский, Анпаксимандр, Анаксагор, Гераклит Эфесский, Диоген, Эпикур, Левкипп, Демокрит, Гипарк, Архимед, Пифагор, Геродот, Гиппократ, Сократ, Протагор, Питак, Периандр, Ксенон, Платон, Аристотель и др.
В эпоху античности появились в науке и философии первые научные доктрины (парадигмы). Первой научной доктриной Древней Греции стала математическая доктрина, представленная Пифагором, и позднее развитая Платоном. В её основе, как и в основе других античных доктрин, лежит представление о том, что космос – это упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей, которые можно постигать по-разному.
Естествознание в средние века
Эпоха Средневековья берет свое начало в 478 году нашей эры с момента завоевания немецкими варварами Рима и падения римской империи. Продолжалась более 1000 лет закончилась в середине 15 века.
Средневековое сознание было ориентировано, прежде всего, на межличностные отношения, на эмоциональную сторону жизни. Любая вещь воспринималась с точки зрения ее полезности, без учета ее объективных связей с миром.
В средневековой науке можно выделить три традиции познания:
- Схоластическую традицию, опирающуюся на простейшую логику, предание и умозрение, и ставившую основным вопросом соответствие реального бытия понятиям разума. В основу традиции легли принципы античного платонизма, истолкованные в духе христианства.
- Герметическую традицию (от имени легендарной «полубожественной» личности из Египта первых веков н.э. Гермеса Трисмегиста – то есть Трижды Величайшего, заложившего основы герметизма), опирающуюся на ритуал, магию, рецептурно - манипуляторное и предметно-преобразовательное начала, сверхъестественные силы.
- Опытно-эмпирическую традицию, в которой критерием истинности и точкой отсчета был личный опыт. Эта традиция развивалась под влиянием античных естественнонаучных идей Аристотеля. Представители этой традиции видели в научном знании средство расширения практического могущества, улучшения реальной жизни людей.
Естествознание в эпоху Возрождения
Пришедшая на смену средневековью эпоха Ренессанса (Возрождения) принципиально отличалась от него. Это время краха феодализма и становления капиталистического общества; время жестоких религиозных войн и жестких социальных конфликтов, время сложения абсолютистских монархий и становления буржуазного индивидуализма, приходящего на смену феодальной сословной иерархии; время зарождения книгопечатания и возрождения античной культуры на новом витке диалектической спирали развития. Титанами мысли ренессанса на базе бескорыстного, объективного познания мира, была подготовлена основа классического естествознания, испытавшего невиданный взлет в XVIII – XIX вв.
Множество достижений было связано с областями биологии и химии, освобождавшейся от пут герметизма. Велась огромная работа по описанию многообразия животного и растительного мира. Развивались морфология и анатомия, расширявшая сведения о внутреннем строении различных организмов. Большое внимание стали уделять человеку и способам исцеления его от недугов. Андреас Везалий (1514-1564), создатель микроскопической анатомии (первооткрыватель капилляров), врач Марчелло Мальпиги (1628-1694), размышлявший о природе света и тяготения и открывший клеточное строение живых тканей Роберт Гук (1635-1703), врач и ботаник-систематик Андреа Цезальпини (1519-1603).
Но главная научная революция состоялась не в области медицины или биологии, а в космогонии.
Естествознание в XVIII – XIX вв.
Золотой век просвещения – такое название получил период подлинного расцвета классического естествознания, наступившего после ньютонианской революции в физике. Множество открытий и смелых гипотез охватывали области физики, космогонии, биологии и химии, основанные на них изобретения оперативно внедрялись в повседневную жизнь.
Одним из важнейших вопросов в области космогонии стало возникновение Солнечной системы. Иммануил Кант (1724-1804) и Пьер Симон Лаплас (1749-1827) полагали, что все начиналось с газово-пылевой туманности, которая впоследствии превратилась в звезду, вокруг которой вращались планеты.
Идея эволюции коснулась не только космогонии, но и других областей знаний. Особое место эпоха просвещения и XIX век заняли в истории биологической науки. Шведский натуралист Карл Линней (1707-1778) созданием бинарной номенклатуры и своей классификацией подвел итог многовековому эмпирическому накоплению биологических знаний.
До середины XIX в. химия развивалась хаотически: химики открывали новые химические элементы, описывали их свойства, и так накопили огромный эмпирический материал, нуждавшийся в систематизации. Логическим финалом этого процесса стал I Международный химический конгресс (1860, Карслуэ, Германия), на котором окончательно сформулировали и приняли основополагающие принципы, теории и законы химии.
Так к XIX вв. постепенно стала утверждаться идея единства и взаимопревращения различных физических процессов, о взаимопревращаемости сил природы.
В первой половине XIX века, появляются самые разнообразные, изобретения, основанные на новейших открытиях в области естествознания – фотография (метод дагерротипов, изобретенный парижанином Луи Жаком Дагером), пароход, паровоз (изобретенная еще в XVIII веке паровая машина перекочевала с мануфактур и возникающих заводов и фабрик на транспорт). Целый ряд изобретений был связан и с электромагнитными явлениями.
Учение об электричестве и магнетизме в первой половине XVIII века получило развитие. Алессандро Вольта (1745-1827), создавшего первый источник постоянного тока – вольтов столб, и, наконец, Андрэ Мари Ампера (1775-1836), который смог перевести результаты опытов с электричеством на сухой язык математики.
Новый тип явлений – электромагнитные – потребовал создания новой концепции. Она и была создана Максвеллом на основе опытов Ампера и Фарадея. Язык теории Максвелла был, как и в механике Ньютона, математикой бесконечно малых величин – дифференциальными уравнениями.
Закон Хаббла
Хаббл пришел к базовому выводу о структуре Вселенной: она состоит из набора огромных звездных скоплений - галактик. Они представляются нам в небе далекими туманными «облаками», поскольку отдельных звезд на столь огромном удалении мы рассмотреть попросту не можем.
Хаббл подметил еще один важный аспект: наблюдаемая длина спектральных световых волн, излучаемых атомами удаленных галактик, несколько ниже длины спектральных волн, излучаемых теми же атомами в условиях земных лабораторий. То есть в спектре излучения соседних галактик квант света, излучаемый атомом при скачке электрона с орбиты на орбиту, смещен по частоте в направлении красной части спектра по сравнению с аналогичным квантом, испущенным таким же атомом на Земле. Хаббл взял на себя смелость интерпретировать это наблюдение как проявление эффекта Доплера, а это означает, что все наблюдаемые соседние галактики удаляются от Земли, поскольку у практически всех галактических объектов за пределами Млечного Пути наблюдается именно красное спектральное смещение, пропорциональное скорости их удаления.
И Хаббл выяснил, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Это самое явление центростремительного «разбегания» видимой Вселенной с нарастающей скоростью по мере удаления от локальной точки наблюдения и получило название закона Хаббла. Математически он формулируется очень просто:
v = Hr;
где v — скорость удаления галактики от нас, r — расстояние до нее, а H — так называемая постоянная Хаббла.
Последняя определяется экспериментально, и на сегодняшний день оценивается как равная примерно 70 км/(с·Мпк) (километров в секунду на мегапарсек; 1 Мпк приблизительно равен 3,3 миллионам световых лет). Итак, главное следствие закона Хаббла: Вселенная расширяется! Так и галактики разбегаются по одной простой причине: расширяется сама ткань мирового пространства.
Однако закон Хаббла подсказывает нам и еще кое-что о природе Вселенной - у Вселенной было начало во времени, всё вещество мироздания было сжато в плотный комок протоматерии, заключенный в совсем небольшом в сопоставлении с нынешними масштабами Вселенной объеме. Представление о Вселенной, родившейся из сверхплотного сгустка сверхгорячего вещества и с тех пор расширяющейся и остывающей, получило название теории Большого взрыва.
По самым последним оценкам, возраст нашей Вселенной составляет около 15 миллиардов лет, плюс-минус несколько миллиардов лет.
Концепция большого взрыва появилась с открытием в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.
Ранняя Вселенная была очень горячей. С момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.
Теория Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных ядер легких элементов на первичной стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями.