Концепции современного естествознания

                             В этот же период возникли  два новых раздела теоретической  физики, изучающие тепловую энергию и тепловые свойства вещества: классическая термодинамика, исследующая макроскопические свойства вещества (давление, температура, удельный объем и др.), основанная на трех законах или началах, установленных опытным путем и статистическая физика (механика), основанная на исследовании зависимостей между микроскопическими характеристиками системы (масса, импульс, координаты частиц тела) и ее макроскопическими параметрами.

                          Начало новой области физики  - электродинамики, положили исследование  многих ученых, но основоположниками учения об электромагнитном поле считаются Фарадей, Максвелл и Герц.  Фарадей экспериментально доказал существование электромагнитной индукции, открыв превращение магнетизма в электричество и обратно, что создало возможность получения электротока механическим путем и тем самым  положило начало электротехнической революции и развитию электротехники. Максвелл математически обосновал законы электромагнитного поля в четырех уравнениях доказал что свет представляет собой электромагнитную волну определенной длины. Открытые теоретически Максвеллом, электромагнитные волны первым обнаружил в эксперименте Герц, а вывод Максвелла о том, что электромагнитные волны, включая световые, производит давление, уже после его смерти подтвердил блестящий эксперимент русского физика П.Н.Лебедева (1899).  

                            Введение в науку понятие электромагнитного  поля и математическое определение  его законов в уравнениях Максвелла  стало самым крупным событием  в истории физики после открытий Ньютона, положило начало развитию новых представлений о строении мира, заложило основы новой  естественнонаучной электромагнитной картины мира.

                             К концу 19 века европейская наука, сложившаяся в результате революции в естествознании 17 века и после нее, приобрела черты, существенно отличавшие ее, от науки предыдущих эпох. В отличии от разрозненных научных знаний, какой она была ранее, теперь наука представляла собой единую систему разнородных, основанных на экспериментах, теоретически осмысленных, изложенных на специальном научном языке, воспроизводимых  проверяемых и достоверных знаний о природе, обществе и технике. В понятие науки стали включать не только сами знания, но  и деятельность по их производству и применению. Наука стала подразделяться на естественные, общественные и технические науки, в ней выделились фундаментальные прикладные разделы. Значение науки настолько возросло, что она стала объектом особых забот государства, взявшего на себя управление и финансирование наукой.

                        К концу 19 века  естественнонаучная  картина мира считалась практически  завершенной. Теории электромагнитного  и гравитационного полей стали  классическими, периодический закон  химических элементов стал надежной  основой учения о веществе. Ученые полагали, что им уже известно все основное, что можно узнать об энергии и электромагнетизме, о строении вещества и законах движения твердых тел. Но на рубеже 19 – 20 веков были обнаружены неизвестные ранее физические и химические явления, объяснить которые традиционная наука не могла. В 1887 году Герц открывает фотоэффект -  явление освобождения электронов от вещества под действием электромагнитного излучения. В 1895 году немецкий физик Рентген на созданной им катодной трубке открыл излучение неизвестной природы. В 1896 году Беккерель открывает излучение солей урана – и доказывает что оно не рентгеновское. В 1897 году английский физик Томсон открыл существование электрона и определил его основные характеристики, Тогда же супруги Э.Кюри и М.Складовская - Кюри открыли явление радиоактивности и новые химические элементы – полоний и радий. В 1899 году Резерфорд показал что альфа-лучи состоят из ядер гелия, а бета-лучи – поток электронов. Открытие рентгеновских лучей и естественной радиоактивности положили начало развитию представлению о сложной структуре атома, раннее считавшегося сплошным и неделимым. Его новая планетарная модель была предложена Резерфордом.

                             В 1990 году Планк ввел представление о кванте действия, а в 1902 – 1903 годах Резерфорд и Содди разработали основы теории самопроизвольного, радиоактивного распада атомов и установили закон превращения радиоактивных элементов. В 1905 году Альберт Эйнштейн показал, что свет является потоком фотонов – световых квантов, передача энергии которых электронов атомов и порождает фотоэффект.

                            Созданная в начале 20 века Эйнштейном теория относительности дала новое объяснение фундаментальным пространственно - временным свойствам и закономерностям физических процессов, что привело к революционным изменениям в теоретической физике  и заложило основы новой  естественнонаучной релятивистской картины мира. В 1905 году он опубликовал специальную теорию относительности (СТО), положившую начало быстрому развитию релятивистской физики во всех ее разделах кроме теории тяготения. В основу СТО  положены два универсальных принципа: во-первых, все законы физики одинаково применимы для любых двух наблюдателей независимо от того, как они движутся относительно друг друга; во-вторых, свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той скоростью независимо от движения его источника. Отсюда следовало, что ни один материальный объект не может двигаться быстрее света, что движение и покой всегда определяются относительно некоего наблюдателя, и само время, включая понятие одновременности – относительны.

                             Попытки  применить релятивистский подход к классической теории гравитации позволили Эйнштейну открыть в 1907 году фундаментальный принцип эквивалентности массы и энергии и на его основе предсказать два неизвестных ранее физических эффекта: замедление времени  и искривление светового луча в гравитационном поле. Из этого принципа и выросла общая теория относительности (ОТО), созданная в 1907 – 1916 годах.

                           Ученик Резерфорда Нильс Бор в 1913 году разрабатывает квантовую теорию атома, закладывая основы современной атомной физики. Так развитие абстрактной математики  и общей электромагнитной картины мира привело к квантово-релятивистской революции в физике первой трети 20 века когда в качестве фундамента естествознания окончательно утверждается более общие, чем классическая теория Ньютона, релятивистская теория гравитационного поля, СТО и ОТО.

                            Квантовая теория – наиболее общая физическая теория, объединяющая квантовые механику, статистику  и теорию поля. На ее основе создана новая теоретическая модель физической структуры мира, даны новые, более глубокие трактовки структуры атомы, природы химических связей, объяснения периодической системы элементов, явления сверхпроводимости, текучести, взаимопревращения элементарных частиц и др. Общая картина строения вещества изменилась еще глубже, чем изменилась картина мира, после краха геоцентрической картины мира и замены ее гелиоцентрической. Поэтому переворот в науке на рубеже 19 – 20 веков получил название новейшей революции в естествознании.      

                            Совершенные открытия проложили  дорогу к созданию технических средств получения внутриядерной энергии, к разработке квантовых генераторов – лазеров, к развитию квантовой электродинамики и магнитной гидродинамики и многих других областей наукоемкой техники и технологии. В 20 веке возникают и ускоренно развиваются целые «кусты» технических наук: Электротехника, электроника, радиоэлектроника и электросвязь.          

                             В середине 20 века началась научно-техническая революция  -  быстрые и глубокие изменения в мировых научно-технических знаниях  и технике на основе инженерного применения  новейших достижений в естествознании, математике и других фундаментальных науках о природе, технике и обществе.  Революционные прорывы произошли в областях: производства энергии, создания материалов с заранее заданными свойствами, химического производства синтетических и искусственных веществ, автоматизации производства, завоевания космоса и развития космической техники, создания научных основ вычислительной техники, теории информатики и способов получения, хранения, обработки и передачи информации.  

                           Во второй половине 20 века в  ходе все более ускоряющейся  НТР возникли  новейшие технологические  программы: робототехническая и лазерная, нанотехнологии, биотехнологии, включая генную инженерию, цифровые информационные системы и многие другие. Этот взлет науки и техники, породивший техногенную цивилизацию вверг человечество и в современный глобальный экологический кризис, усугубляющийся демографическим кризисом и сырьевым. Однако самым угрожающим является развивающийся процесс общего потепления атмосферы, который может привести к необратимым изменениям климата Земли. Вот почему  условия дальнейшего научно-технического прогресса определяются не только возможностями развития естествознания, но и всем комплексом естественных, социальных, гуманитарных наук, общественно-политических факторов, религиозных и нравственных систем, которые могли бы обеспечить коэволюцию природы, общества и техники. 

                             Все это сделало особенно актуальными проблемы эволюции человеческой цивилизации в контексте теории эволюции всей Вселенной. Появление в начале 20 века модели нестационарной расширяющейся Вселенной, открытие реликтового излучения и создание концепции Большого Взрыва положили начало формированию новейшей естественнонаучной картины мира -  эволюционной науки. Огромный вклад в ее формирование внесли научные теории, появившиеся во второй половине 20 века: неравновесная термодинамика, синергетика, концепция универсального эволюционизма, позволяющие, хотя бы в общих контурах, понять возможное будущее человечества.

                            Именно в контексте этой неумолимой логики всеобщего развития природы, общества и научного познания   рассматриваются дальнейшие материалы данного курса.

3.  Наука как многофункциональное  явление. Естественнонаучная и  гуманитарная культуры. Естествознание  как единая система наук о  природе, его структура, предмет  и цель.   

                           Наука является сложным многофункциональным социальным явлением. Во-первых, она представляет собой  значительную по объему и важную по ее влиянию область человеческой культуры. Во-вторых, и это является ее наиболее существенной функцией, она выступает как  особенный способ познания и практического преобразования окружающей человека действительности. В-третьих, наука  функционирует как  определенный общественный институт, включающий в себя  многомиллионную массу сотрудников учебных и научных учреждений, научно-исследовательских фирм и корпораций,  академий, научных обществ, научных издательств и журналов и т.д. Сообщество ученых характеризуется особенной этикой и моралью, системой ценностей и менталитетом, образом жизни и поведения.

                         Говоря о науке, как явлении  культуры, следует определиться с общим понятием культуры. Согласно наиболее распространенному сегодня пониманию сущности этого термина, можно дать следующее определение: культура – это универсальный способ творческой самореализации человека через полагание смысла, стремление вскрыть и утвердить смысл человеческой жизни в соотнесенности его со смыслом сущего. Культура предстает перед человеком как смысловой мир, который вдохновляет людей и сплачивает их в некоторые сообщества (нацию, религиозную или профессиональную группу и т.д.). Этот смысловой мир, который они все более или менее понимают, и определяет способ бытия и мироощущения людей. В основе каждого такого смыслового мира лежит доминирующий  смысл, смысловая доминанта культуры – то общее отношение человека к миру, которое определяет характер всех остальных смыслов и отношений. Такой смысловой доминантой науки является  объективная истина – знание, адекватно отражающее  окружающий человека мир, и задающее  ему соответствующие смыслы, определенное мировоззрение, цели практической деятельности и образ жизни ученого.

                          Если  эта смысловая доминанта науки совпадает  хотя бы в общих чертах  с вектором и характером  остальных сфер культуры общества, то  сфера науки нормально функционирует и развивается, как относительно обособленная и целостная область человеческой  деятельности. В противном случае ее существование будет затруднено. Так, например, в обществе с традиционной культурой, основанной на технологиях ручного труда, ценностях деспотизма, авторитаризма, корпоративной этики, религиозного догматизма и т.п., при полном отсутствии инновационных стимулов,   как возникновение, так и развитие науки  мало вероятно. В качестве примера можно привести культуры Древнего Египта, Древнего Китая, Древней Индии, европейского  Средневековья и др. Техногенная культура, экономический уклад  и прагматическая мораль буржуазного общества напротив способствовали  научно-техническому прогрессу. Современное постиндустриальное общество, являясь обществом потребления, существует исключительно на основе развития производства,  немыслимого  использования  самых последних достижений научной технологической мысли.              

                            Все имеющееся у человечества знание  разделяется на естественнонаучное, изучающее природу, весь объективный окружающий человека мир и гуманитарное – знание о человеке  и обществе, в единстве со всей созданной ими культурой. Английский писатель Ч.Сноу в 1959 году обнародовал альтернативу «двух культур» – научно-технической и художественно-гуманитарной, совершенно чуждых друг другу в современном мире. Духовный мир поэтов и лириков  по своим ценностям и языку  противоположен миру физиков и технократов.