Развитие естествознания в эпоху Нового времени

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

Эпоха Нового времени открывается XVII веком. В возникновении науки именно он сыграл главную роль. У истоков классической науки стоял выдаю­щийся итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642). Одним из главных его достижений было разрешение проблемы движения, в течение столетий не поддававшейся многочисленным попыткам решения со стороны ученых. На смену учению о движении Аристотеля пришло новое объяснение, названное впоследствии принципом инерции Галилея. Галилей также опроверг аристотелевское учение о падении тел. Проводя эксперименты по сбрасыванию шаров из различных материалов со знаменитой Пизанской башни, он установил, что скорость падения тела не зависит от его массы, как утверждали перипатетики. Галилей экспериментально обнаружил, что воздух имеет массу, а траектория брошенного под углом тела имеет форму параболы. Также он открыл закон ко­лебания маятника. Все чти открытия, помимо самостоятельной ценности, имели ещё и важное методологическое значение. Галилей ясно показал, какую огром­ную роль в научном исследовании играет эксперимент и математический ана­лиз полученных данных. Только они могут продвинуть вперед познание. Сле­пая же вера в авторитеты (прежде всего Аристотеля), поиск ответов на вопросы в рукописях античных авторов и Священном писании только тормозят развитие науки.

Важной стороной научной деятельности Галилея были его астро­номические исследования. Являясь убеждённым сторонником учения Коперни­ка, он отдал много сил для научного обоснования и распространения его гелио­центрической системы. Галилей пишет и публикует блестящее сочинение «Диалог о двух системах - Птолемеевой и Коперниковой», в которой обосно­вывает истинность взглядов Коперника и дает исчерпывающие ответы на воз­ражения некоторых учёных. Содержание книги оказалось взрывоопаснее, чем казалось папской цензуре, вначале разрешившей публикацию труда учёного. Через некоторое время Галилея доставляют под конвоем в Рим, где он предста­ет перед судом католической церкви. Процесс продолжался три месяца, и, в конце концов, Галилей по заранее заготовленному инквизицией тексту фор­мально отрёкся от своих взглядов. Научные же убеждения его остались неиз­менными. Не так давно, в октябре 1992 года католическая церковь в лице Папы Иоанна-Павла II признала, что приговор Галилею был вынесен ошибочно.

Противодействие со стороны церкви уже не могло сдержать победного шествия науки. Следующий шаг в развитии учения Коперника бы» сделан не­мецким учёным Иоганном Кеплером (1571-1630). Коперник считал, что плане­ты движутся вокруг Солнца по круговым орбитам. Однако не всё сходилось в математических расчетах. Кеплер блестяще показал, что расхождений между теорией и наблюдаемыми фактами не будет, если предположить, что планеты движутся по эллиптическим орбитам. Почему именно по эллиптическим - этого он объяснить не мог. Окончательно этот вопрос разрешится в будущем в рамках механики Ньютона.

Быстрое развитие науки и техники было во многом стихийным. Стихиям оформлялись и принципы научных исследований. В связи с этим возникала по­требность философского обоснования новой методологии познания, на кото­рую можно было бы прочно опереться. Старая аристотелевско-схоластическая методология безнадёжно устарела. Это понимали многие учёные-практики. Задача рационального философского обоснования выпала на долю английского философа и естествоиспытателя Френсиса Бекона (1561-1626) и французского философа м математика Рене Декарта (1596-1650).

Бекон, рассуждая о задачах науки, полагает, что истинной ее целью должно быть не бесплодное схоластическое умствование, а обогащение жизни человека новыми благами, облегчающими его существование. Наука должна обратиться непосредственно к практике, и помочь человеку овладеть силами природы. Опираться наука должна в первую очередь на почерпнутые из наблюдения и опыта эмпирические факты, переходя от частного к общему, то есть пользоваться методом индукции. Обобщения, полученные индуктивным путём, вновь должны быть проверены на практике. Но взятая отдельно сама по себе индукция несовершенна, ибо даёт огрубленную картину явлений. Необходим дальнейший теоретический анализ с обязательным привлечением математики.

Проблемой создания нового научного метода был озабочен также и Де­карт. В отличие от Бекона он считал, что его основой должна быть не индукция а дедукция. То есть любое научное исследование должно вестись от самых об­щих исходных принципов к частным заключениям. Ведущая роль в научном исследовании, согласно Декарту должна принадлежать правильно построенным логическим умозаключениям. А для того, чтобы логически правильно мыслить, нужно вначале выработать ясные принципы мышления. Их разработке Декарт посвящает книгу «Размышления о методе», вышедшую в свет в 1637 году. Удивляясь простоте и легкости, с которой в геометрии доказываются теоремы, он был убеждён, что все человеческие знания должны быть построены по об­разцу геометрии, и аналогичным образом должны доказываться. Эта идея бук­вально витала в воздухе той эпохи. По геометрическому образцу (с аксиомами и теоремами) была построена «Этика» нидерландского философа Спинозы. Немецкий философ и математик Лейбниц пошёл ещё дальше, пытаясь разрабо­тать символический язык с системой логических операций для того, чтобы в знаковом виде представлять научные знания, и чисто логически выводить из них новые мысли. Но вернёмся к Декарту. Заслугой его было не только то, что он разработал методологию научного познания. Он внёс реальный вклад в ма­тематизацию естествознания, сделав решающие открытия; он ввел в математи­ку понятие переменной величины, систему координат, до сих пор носящую на­звание декартовой, положил начало аналитической геометрии, установив соот­ветствие между геометрическими отношениями и. алгебраическими уравнениями.

Постепенно наука перестаёт быть уделом ученых-одиночек. Появляются тучные общества и академии -- Флорентийская Академия опыта (1657), Лондонское Королевское общество (1660), Парижская Академия наук (1666) и т.д. Получает широкое развитие научная переписка, появляются научные журналы. Учёные постоянно находятся в курсе последних научных достижений и решают действительно актуальные научные проблемы. За счёт этого наука получила ильное ускорение. Всё это говорило о том, что научная атмосфера эпохи была наэлектризована, новые идеи буквально витали в воздухе, и рано или поздно усилиями многих учёных новая картина мира - постепенно сложилась бы. Но судьба распорядилась так, что эту задачу блестяще разрешил один человек -Ньютон.

Великий английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727) оставил после себя большое научное наследие. Во-первых, он является создателем дифферен­циального и интегрального исчисления- Одновременно и независимо от Ньютона данное направление в математике было разработано немецким учёным и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716). Без этого мате­матического аппарата дальнейшее развитие физики было бы невозможным. Во-вторых, он сделай значительные открытия в области оптики: исследовал световой спектр, явления дифракции и интерференции. И, наконец, главным делом его жизни было создание целостной механической теории, объяснившей природу движения тел, в том числе и космических.

Теоретическая система механики Ньютона основывается на трёх принципах, дополненных законом всемирного тяготения. Он изложил их в своём зна­менитом труде «Математические начала натуральной философии», изданном в 1687 году. Со времени зарождения естествознания вряд ли найдётся в истории науки столь же значительное событие, чем появление этой книги, обобщившей и вобравшей в себя все достижения предыдущих поколений учёных. Законы движения, в которых не могли до конца разобраться многие талантливые учё­ные, получили удивительно простую формулировку. В основу новой теории движения Ньютон положил опыт и наблюдение, выдвинув девиз: «Гипотез не измышляю». Его приверженность опыту иллюстрирует и знаменитая легенда о том, что на закон всемирного тяготения Ньютона якобы навело падение яблока с яблони, под которой он предавался научным размышлениям.

Математика в научной деятельности Ньютона играла ещё большую роль, чем у предыдущих поколений учёных, а также у многих современников, любивших вместо строгого математического анализа наблюдаемых фактов «пофилософствовать». Именно поэтому была неудачной, конкурировавшая с ньютоновской, декартова теория движения, носившая название теории вихрей. «Математические начала натуральной философии» от первой до последней страницы написаны математическим языком. В этой книге для обоснования за­конов механики Ньютон использовал классический геометрический метод, безупречный по доказательности и логичности выводов. Следующие поколения учёных, воспользовавшись детищем Ньютона - дифференциальным и интегральным исчислением, полностью переведут классическую механику на яз математического анализа (Л.Эйлер (1707-1783), Л.Лагранж (1736-1783)).

Выход в свет главного труда Ньютона знаменует собой начало формирования механистической картины мира. Её главной целью была попытка объяснить все без исключения природные явления с точки зрения законов классической механики. Качало этому процессу было положено еще в произведениях Галилея. И вот в предисловии Ньютона к своим «Математическим началам» находим знаменательную фразу: «было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы...». Видя ясность, наглядность и универсальность механистических представлений с Ньютоном солидаризируется большинство его современников - учёных и философов. Так начинается эпоха торжества механистической картины мира.

Отныне философия перестаёт быть служанкой богословия, как это был предыдущие эпохи, она нашла прочную опору в разуме. Наука также обрела независимость от религии, несмотря на искреннюю приверженность некоторых учёных вере в Бога. Так, например, Ньютон был глубоко верующим человеком и всерьёз интересуясь богословскими вопросами, написал ряд теологических книг - «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсис», «Хронологию». Но такая религиозность была личным делом учёных. Наука развивалась уже по своим объективным законам, независимо от религиозного сознания. Более того, вследствие длительного притеснения со стороны церкви, наука Нового времени, почувствовав в себе реальную силу, перешла в контрнаступление Воинствующий атеизм научного сознания, утвердившийся в эпоху Просвещения, становится одной из основных черт научного стиля мышления, и сохраняется вплоть до сегодняшнего дня.

В эпоху Нового времени развивались не только точные науки. В XVIII веке значительно продвинулись вперёд науки о живой природе. Издавна существовала потребность навести порядок в обширном мире живых организм Первую удачную попытку такого рода предпринял шведский учёный натуралист Карл Линней (1707-1778). В своей книге «Система природы» он провёл классификацию растений и животных, выделив следующие уровни деления: класс, отряд, род, вид, вариация. Он ввёл в биологию бинарную систему обозначения представителей живой природы, состоящую из двух наименовав - родового и видового. Эта система используется в биологической науке и по сей день. В современной биологии используются и линнеевские принципы классификации, хотя сама классификация «Системы природы» безнадёжно устарела. Наведя порядок в классификации живых организмов. Линней тем самым открыл путь для теорий, объясняющих поразительное многообразие животного и растительного мира.

К XIX веку накапливается достаточное количество данных о прошлых эпохах геологического и биологического развития Земли. Находки ископаем останков растений и животных свидетельствовали о том, что в прошлом на земле господствовали совершенно иные формы жизни, не похожие на современные. Почему-то они бесследно исчезли. В объяснении этих загадок начали противоборство два подхода - «катастрофизм» и «эволюционизм». Представителем первого был француз Жорж Кювье (1769-1832), утверждавший, что периоды бурного развития животного и растительного мира сменялись мировыми катастрофами, в результате которых старые биологические виды погибали, а при возникновении новых благоприятных условий зарождались новые формы, отличающиеся от прежних. Недостатком теории Кювье было то, что она не описывала механизма возникновения новых видов. Это попытался сделать дру­гой французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк (1744-1829), считав­ший, что новые виды растений и животных возникают в ходе постепенной эволюции. Эволюция, согласно Ламарку, происходит за счёт изменяющихся условий внешней среды, приводящих к изменению жизнедеятельности живых орга­низмов. При этом должны соответствующим образом меняться и различные ор­ганы животных. Приобретённые таким образом в ходе жизни органические из­менения наследуются в следующем поколении, что приводит в конечном итоге к появлению совершенно новых видов. Но у этой теории был серьёзный недостаток - бездоказательность.

Целостная, научно обоснованная эволюционная теория появляется в 1859 году. Её автор - английский естествоиспытатель Чарлз Дарвин (1809-1882). Опираясь на теорию геологической эволюции Чарлза Лайеля (1797-1875), а также на свои обширные наблюдения во многих регионах земного шара, он пишет книгу «Происхождение видов в результате естественного отбора». Дар­вин утверждает, что новые виды возникают в результате сохранения в ходе борьбы за существование качеств, появившихся вследствие работы механизма изменчивости. Эта эволюционная теория сохраняет своё научное значение и по сей день, несмотря на то, что некоторые проблемы до конца разрешить не мо­жет.

Важным открытием эпохи Нового времени в области биологии было ус­тановление того факта, что все живые организмы состоят из клеток. Авторами клеточной теории были немецкие естествоиспытатели Маттиас Шлейден (1804-1881) и Теодор Шванн (1810-1882).

Химия также добилась значительных успехов. Сильное влияние на хими­ческие представления учёных продолжительное время оказывала средневековая алхимия. Ею увлекался даже Ньютон. Благодаря введению великим француз­ским химиком Антуаном Лораном Лавуазье (1743-1794) в научный обиход хи­мии количественных методов, эта наука получает, наконец, прочную опору для Дальнейшего развития. Наиболее зримыми были успехи учёных-химиков XIX века. В 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер (1800-1882), синтезировав из неорганических веществ органическое вещество - мочевину, показал, что между неживой и живой природой нет непреодолимой границы, они едины. В 1869 году русский химик Д.И.Менделеев (1834-1907) открывает периодический закон и создаёт систему химических элементов. Оказалось, что химические свойства элементов меняются в зависимости от физической величины - атомного веса. Открытия Вёлера и Менделеева представляли собой важный вклад в утверждение единства научной картины мира.

Но вернёмся вновь к физике, ведь именно в ней совершались решающие открытия, революционным образом влияющие на формирование мировоззрения исторических эпох. После первой научной революции происходило накопление знаний о физической реальности в рамках установившейся механической картины мира. Уточнялись законы, углублялось их понимание, возникли новые научные направления, происходила постепенная дифференциация на В ходе этого процесса иногда достигались обобщения глобального масштаба. Одним из таких обобщений было открытие закона сохранения и превращен энергии. Честь его открытия принадлежит трём учёным: немецкому врачц Юлиусу Майеру (1814-1878), английскому пивовару и исследователю Джейм Джоулю (1818-1889) и немецкому физику Герману Гельмгольцу (1821-1894). Впервые идею о том, что различные виды энергии (химическая, тепловая и механическая) эквивалентны между собой, выдвинул Майер в 1845 году в книге «Органическое движение в его связи с обменом веществ». Однако его идеи были подкреплены экспериментально и поэтому рассматривались учёным» основном как любопытные философские размышления. Отношение к иде Майера изменилось, когда Джеймс Джоуль в ходе экспериментов, описанных в работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом эффекте теплоты» (1843), показал, что когда затрачивается механическая энергия, выделяется эквивалентное количество теплоты. И, наконец, Гельмгольц в ряде своих работ даёт стройное и законченное толкование физического смысла закона также делает вывод о невозможности существования в природе вечного двигателя.

Механистическая картина мира прочно удерживала свои позиции вплоть до конца XIX века. Совершаемые в науке открытия, а также новые экспериментальные факты не выходили за рамки классических представлений.  Правда некоторое смущение ученых приводили новейшие опыты в области электромагнетизма.

В течение XVIII - первой половины XIX века было накоплено большое количество экспериментальных данных и открыты частные законы электромагнетизма в работах следующих учёных: Алиссандро Вольты (1745-1827), Х.К.Эрстеда (1777-1851), А.М.Ампера (1775-1836), Георга Ома (1787-1854) и др. Никто них, однако, не смог создать целостной электромагнитной теории. Решающие открытия и теоретические обобщения начинаются с исследований английского химика и физика Майкла Фарадея (1791-1867). Установив в своих опытах связь между электричеством и явлением магнетизма, он вводит в физику понятие электромагнитного поля. Если раньше считалось, что электричество и магнетизм это совершенно разные физические явления, то теперь было установлен что они динамически порождают друг друга, но по какому именно закону, этого Фарадею определить не удалось. Данную задачу блестяще решил выдающийся английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Он сформулировал шесть электродинамических законов и записал их в виде дифференциальных уравнений. Это событие по масштабу было равнозначным созданию Ньютоном классической механики. Решающие эксперименты по проверке вы­водов нового учения поставил Генрих Герц (1857-1894). В 1886 году он доказал существование электромагнитных воли. Он также подтвердил экспериментально, предсказанную Фарадеем и Максвеллом электромагнитную природу света. Таким образом, также как и ньютоновская механика, электродинамика Максвелла была блестяще подтверждена экспериментально. Между тем оказалось, что в результате этих открытий обширная сфера физических явлений - явлений электромагнетизма оказывается за пределами механистического истолкования. Суть противоречий между классической механикой и электродинамикой состояла в следующем.

Во-первых, как известно, согласно принципу Галилея классической механики, все физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта (системах, движущихся прямолинейно и равномерно). В электродинамике же оказывается, что магнитные поля и связанные с ними силы зависят от скоростей движущихся зарядов и величина их различна в разных инерциальных системах отсчёта. Получалось, что законы природы, связанные с электромагнитным взаимодействием, не подчиняются принципу Галилея.

Во вторых, из уравнений Максвелла следовало, что скорость распростра­нения электромагнитных волн (в том числе и света) не зависит от скорости движения их источника. Классический закон сложения скоростей, таким обра­зом, нарушался.

Попытки видоизменить уравнения Максвелла к успеху не привели, так как приводили к предсказанию экспериментальных эффектов в действительно­сти не наблюдаемых. Притязания механики на универсальность впервые оказа­лись под сомнением.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!