Современная естестественно-научная картина мира

первые теории, возникшие для решения этого вопроса, нельзя было считать

убедительными.

К великим открытиям второй половины ХIХ века должны быть отнесено

создание периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым,

экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Г. Герцем, открытие

явления фотоэффекта, тщательно проанализированное А.Г. Столетовым. В этом

ряду и еще одно очень важное открытие – обнаружение того, что отношение

заряда к массе для электрона не является постоянной величиной, а зависит от

скорости.

Открытие зависимости массы электрона от скорости и объяснение этого

факта наличием электромагнитной массы вызвали вопрос, обладает ли вообще

электрон обычной массой, массой в смысле классической механики, массой в

смысле Ньютона. Этот вопрос не мог быть решен.

Некоторым ученым начинает казаться, что само развитие науки приводит к

отказу от признания существования материи и справедливости общих важнейших

физических законов. Открытие радиоактивности также приводит таких ученых в

растерянность.

В таких условиях в физике складывается атмосфера разочарования в

возможностях научного познания истины, начинается “брожение умов”,

распространяются идеи релятивизма и агностицизма. Ситуацию, сложившуюся в

физической науке на рубеже XIX – ХХ вв., Пуанкаре назвал “кризисом физики”.

“Признаки серьезного кризиса” физики он в первую очередь связывал с

возможностью отказа от фундаментальных принципов физического познания.

“Перед нами “руины” старых принципов, всеобщий “разгром” таких принципов”,

– восклицал он. “Принцип Лавуазье” (закон сохранения массы), “принцип

Ньютона” (принцип равенства действия и противодействия, или закон

сохранения количества движения), “принцип Майера” (закон сохранения

энергии) – все эти фундаментальные принципы, которые долгое время считались

незыблемыми, теперь подвергают сомнению.

На рубеже ХIX – ХХ вв. многие ученые, пытаясь осмыслить состояние

физики, приходили к выводу о том, что само развитие науки показывает ее

неспособность дать объективное представление о природе, что истины науки

носят чисто относительный характер, не содержат в себе ничего абсолютного,

что ни о какой объективной реальности, существующей независимо от сознания

людей, не может быть и речи.

На самом же деле проблема состояла в том, что концу ХIХ века

методологические установки классической, ньютоновской физики уже исчерпали

себя и необходимо было изменять теоретико-методологический каркас

естественнонаучного познания. Возникла необходимость расширить и углубить

понимание и самой природы и процесса ее познания наукой. Не существует

никакой абсолютной субстанции бытия, с познанием которой завершается

прогресс науки. Как бесконечна, многообразна и неисчерпаема сама природа,

так бесконечен, многообразен и неисчерпаем процесс ее познания

естественными науками. Электрон так же неисчерпаем, как и атом. Каждая

естественнонаучная картина мира является относительной и преходящей.

Процесс научного познания необходимо связан с периодической крутой ломкой

старых понятий, теорий, картин мира, методологических установок, способов

познания. А “физический идеализм” является просто следствием непонимания

некоторыми физиками необходимости периодической смены философско-

методологических оснований естествознания. (В России анализ революции в

естествознании на рубеже ХIХ-ХХ веков был осуществлен В.И. Лениным в работе

“Материализм и эмпириокритицизм”, вышедшей в свет в 1909 г.)

К концу ХIХ века механистическая, метафизическая (т.е.

предметоцентрическая) методология себя исчерпала. Естествознание стремилось

к новой диалектической (т.е. системоцентрической) методологии. Поиски этой

новой методологии были не простыми, были сопряжены с борьбой мнений, школ,

взглядов, философской и мировоззренческой полемикой. Поэтому и возникла

атмосфера разочарования в возможностях познания природы, поползновения в

идеализм. В конце концов, в первой четверти ХХ века естествознание все-таки

нашло свои новые философско-методологические ориентиры, разрешив кризис

рубежа веков.

1.2. Кризис дарвинизма в конце ХIХ века.

Эволюционная теория возникла как сложнейший синтез самых различных

биологических знаний, в том числе и опыта практической селекции. И потому

процесс утверждения теории затрагивал самые разнообразные отрасли

биологической науки. Не случайно процесс утверждения дарвиновой теории

носил сложный, подчас драматический характер.

Особая сложность состояла в том, что против теории естественного

отбора ополчились не только сторонники креационистских воззрений, но также

естествоиспытатели, выдвигавшие и обосновывавшие другие эволюционные

концепции, построенные на иных принципах, чем дарвиновская теория.

Все это привело к тому, что картина развития биологии во второй

половине XIX в. была очень пестрой, мозаичной, заполненной противоречиями,

драматическими событиями, страстной борьбой мнений, школ, направлений,

взаимным непониманием позиций, а часто и нежеланием понять точку зрения

другой стороны, обилием поспешных, непродуманных и необоснованных выводов,

опрометчивых прогнозов и замалчивания выдающихся достижений.

Особенно трудно и противоречиво протекало утверждение принципов

дарвиновой теории. Вокруг их роли, содержания, их интерпретации борьба

велась острая и длительная, особенно вокруг принципа естественного отбора.

Можно указать на четыре основные явления в системе биологического познания

второй половины XIX – начала ХХ в., которые были вехами в процессе

утверждения принципов теории естественного отбора:

возникновение и бурное развитие так называемого филогенетического

направления, вождем и вдохновителем которого был Э. Геккель;

формирование эволюционной биологии - проникновение эволюционных

представлений во все отрасли биологической науки;

создание экспериментально-эволюционной биологии;

синтез принципов генетики и дарвинизма и создание основ синтетической

теории эволюции.

Прежде всего, объяснение эмпирических аномалий и вплетение их в

систему дарвинова учения наиболее ярко воплотилось в бурном развитии в 60 –

70-х годах XIX в. филогенетического направления.

В рамках филогенетического направления были вскрыты и исследованы

имеющие общебиологическую значимость закономерности. К ним можно отнести:

биогенетический закон (Ф. Мюллер, А. O. Ковалевский, Э. Геккель), закон

необратимости эволюции (Л. Долло), закон более ранней закладки в онтогенезе

прогрессивных органов (Э. Менерт), закон анадаптивных и инадаптивных путей

эволюции (В. 0. Ковалевский), принцип неспециализированности предковых форм

(Э. Коп), принцип субституции органов (H. Клейненберг), закон эволюции

органов путем смены функций (Л. Дорн) и др. Не случайно, что не все из этих

закономерностей рассматривались биологами как формы обоснования и

подтверждения дарвиновой теории. Более того, на базе некоторых из них

выдвигались проекты новых концепций эволюции, которые – по замыслу их

авторов – должны были опровергнуть дарвинову теорию и заменить ее новой

эволюционной теорией.

Обобщение принципов эволюционной теории, выявление пределов, при

которых они не теряют своего значения, проявилось в интенсивном

формировании комплекса т.н. эволюционной биологии (т.е. эволюционных

направлений в системе биологического знания - систематики, палеонтологии,

морфологии, эмбриологии, биогеографии и др.), имевшем место в 60-70-е годы

ХIХ в.

Возникновение в конце прошлого века экспериментально-эволюционной

биологии было вызвано во многом необходимостью эмпирического обоснования и

теоретического утверждения принципов дарвиновой теории, экспериментальной

проверки и углубления понимания факторов и законов эволюции. Особенно это

касалось принципа естественного отбора. Яркие результаты в

экспериментальном исследовании естественного отбора были получены Г.

Бэмпесом (1897), В. Уэлдоном (1898), Е. Паультоном и С. Сандерсом (1899) и

др.

А к рубежу XIX – ХХ вв. биология, как и физика, подошла в состоянии

глубокого кризиса своих методологических оснований, вызванного во многом

метафизическим содержанием методологических установок классической

биологии. Кризис проявился, прежде всего, в многообразии и противоречии

оценок и интерпретаций сущности эволюционной теории и интенсивно

накапливавшихся данных в области генетики.

1.3. Становление учения о наследственности (генетики).

Истоки знания о наследственности весьма древние. Наследственность как

одна из существенных характеристик живого известна очень давно,

представления о ней складывались еще в эпоху античности. Долгое время

вопрос о природе наследственности находился в ведении эмбриологии, в

которой еще вплоть до XVII в. господствовали фантастические и

полуфантастические представления.

В середине и второй половине XVIII в. учение о наследственности

обогащается новыми данными – установлением пола у растений, искусственной

гибридизацией и опылением растений, а также отработкой методики

гибридизации. Одним из основоположников этого движения является Й. Г.

Кельрейтер (1733 – 1806), тщательно изучавший процессы оплодотворения и

гибридизации. Опыты по искусственной гибридизации растений позволили

опровергнуть концепцию преформизма. В этом отношении ботаника оказалась

впереди зоологии. Кельрейтер открыл явление гетерозиса – более мощное

развитие гибридов первого поколения, которое он, разумеется, объяснить

правильно не мог.

Во второй половине XVIII – начале XIX в. наследственность

рассматривалась как свойство, зависящее от количественного соотношения

отцовских и материнских компонентов. Считалось, что наследственные признаки

гибрида являются результатом взаимодействия отцовских и материнских

компонентов, их борьбы между собой. А исход борьбы определяется

количественным участием, долей того и другого. Опыты по искусственному

скрещиванию рас гороха проводил Т. Э. Найт (1759 – 1838), наблюдавший

доминирование признаков гибридов.

Лишь в первой половине XIX в. стали складываться непосредственные

предпосылки учения о наследственности и изменчивости – генетики.

Качественным рубежом здесь, по-видимому, оказались два события. Первое –

создание клеточной теории. Второе событие – выделение объекта генетики, т.

е. явлений наследственности как специфической черты живого, которую не

следует растворять во множестве свойств индивидуального развития организма.

Создание клеточной теории было важнейшим шагом на пути разработки

научных воззрений на наследственность и изменчивость. Познание природы

наследственности предполагало выяснение вопроса о том, что является

универсальной единицей структурной организации растительного и животного

миров. Ведь инвариантные характеристики органического мира должны иметь и

свое структурное выражение.

Создание клеточной теории позволяло “выйти” на объект генетики.

Особое место в истории учения о наследственности занимает творчество

О. Сажре (1763 – 1851). Заслуга О. Сажре в том, что он первый в истории

учения о наследственности начал исследовать не все, а лишь отдельные

признаки скрещивающихся при гибридизации растений. На этой основе (изучая

гибридизацию тыквенных) он приходит к выводу, что старая точка зрения,

будто признаки гибрида всегда есть нечто среднее между признаками

родителей, неверна. Признаки в гибриде не сливаются, а перераспределяются.

Сажре впервые понял корпускулярный, дискретный характер наследственности и

выделил наследственность как специфический объект познания, отличный от

процесса индивидуального развития организма, разграничил предмет генетики

как учения о наследственности от предмета эмбриологии и онтогенетики как

учения об индивидуальном развитии организма. С работ О. Сажре собственно и

начинается научная генетика.

Важнейшим открытием в генетике XIX в. было формулирование Г. Менделем

его знаменитых законов. Развивая методологическую установку, содержавшуюся

в работах О. Сажре, Мендель рассматривал не наследуемость всех признаков

организма сразу, а выделял наследуемость единичных, отдельных признаков,

абстрагируя эти признаки от остальных, удачно применяя при этом вариационно-

статистический метод, демонстрируя эвристическую мощь математического

моделирования в биологии. И хотя это открытие опередило свое время и

осталось незамеченным вплоть до начала ХХ в. Новаторское значение открытий

Менделя не было оценено его современниками: в сознании биологов не созрели

еще все необходимые предпосылки научного учения о наследственности. Такие

предпосылки сложились лишь к началу ХХ в.

2. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ НА ПОРОГЕ ХХI ВЕКА.

В течение последних трех столетий естествознание развивалось

невероятно быстро и динамично. Горизонт научного познания расширился до

поистине фантастических размеров. На микроскопическом конце шкалы масштабов

физика элементарных частиц вышла на уровень изучения процессов, которые

происходят за время около 1 0 n сек., где n = - 2 2 и на расстояниях 1 0 n

см, где n = - 1 5 . На другом конце шкалы космология и астрофизика изучают

процессы, которые происходят за время порядка возраста Вселенной 1 0 n лет,

где n = 1 0; современная техника астрономических наблюдений позволяет

изучать объекты, которые находятся от нас на расстоянии около 2000 Мпк.

Свет от этих объектов “вышел” свыше 6 млрд. лет тому назад, т.е. тогда,

когда еще и Земли не существовало. А совсем недавно обнаружены

астрономические объекты, свет от которых идет к нам чуть ли не 12 млрд.

лет! Человек получает возможность заглянуть в самое начало “творения”

Вселенной.

Значительно возросла роль науки в современной обществе. На основе

науки рационализируются по сути все формы общественной жизни. Как никогда

близки наука и техника. Наука стала непосредственной производительной силой

общества. По отношению к практике она выполняет непосредственно

программирующую роль. Новые информационные технологии и средства

вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии обещают

в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад

нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало,

роль человеческого фактора во всех формах деятельности.

Вместе с тем, радикально изменяется и сама система научного познания.

Размываются четкие границы между практической и познавательной

деятельностью. В системе научного знания интенсивно проходят процессы

дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и

междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания,

методологические установки, появляются новые элементы картины мира,

выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся

историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не

поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких

новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой.

2.1. Теория самоорганизации (синергетика).

2.1.1. От моделирования простых к моделированию сложных систем.

Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая

черта: предмет познания у них - это простые (замкнутые, изолированные,

обратимые во времени) системы. Но, в сущности, такое понимание предмета

познания является сильной абстракцией. Вселенная представляет из себя

множество систем. И лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые

системы, т.е. как “механизмы”. Во Вселенной таких “закрытых” систем

меньшинство. Подавляющее большинство реальных систем открытые. Это значит,

что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.

К такого рода системам относятся и такие системы, которые больше всего

интересуют человека, значимы для него - биологические и социальные системы.

Человек всегда стремился постичь природу сложного. Как ориентироваться

в сложном и нестабильном мире? Какова природа сложного и каковы законы его

функционирования и развития? В какой степени предсказуемо поведение сложных

систем?

В 70-е годы ХХ века начала активно развиваться теория сложных

самоорганизующихся систем, получившая название синергетики. Результаты

исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического

моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного

научного направления в современном естествознании - синергетики. Как и

кибернетика, синергетика - это некоторый междисциплинарный подход. Но в

отличие от кибернетики, где акцент делается на процессах управления и

обмена информацией, синергетика ориентирована на исследование принципов

построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче мира закрытых,

линейных систем. Вместе с тем, “нелинейный мир” и сложнее поддается

моделированию. Большинство возникающих нелинейных уравнений не может быть

решено аналитически. Как правило, для их (приближенного) решения требуется

сочетание современных аналитических методов с большими сериями расчетов на

ЭВМ, с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для

исследования - необычные для классического и неклассического естествознания

- стороны мира: его нестабильность, многообразие путей изменения и

развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных

структур, делает возможным моделирование катастрофических ситуаций и др.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных

самоорганизующихся систем в физике и гидродинамике, в химии и биологии, в

астрофизике и в обществе: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов

функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и

автоколебательных процессов в химии (т. н. реакция самоструктурирования

химических соединений Белоусова - Жаботинского) до эволюции звезд и

космологических процессов, от электронных приборов до формирования

общественного мнения и демографических процессов.

2.1.2. Характеристики самоорганизующихся систем.

Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся

системы. Что такое самоорганизующиеся системы? Один из основоположников

синергетики Г. Хакен следующим образом определяет понятие

самоорганизующейся системы: “Мы называем систему самоорганизующейся, если

она без специфического воздействия извне обретает какую-то

пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим

внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе

структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем

испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость,

подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате

самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки. Таким

образом, современное естествознание ищет пути для теоретического

моделирования самых сложных систем, которые присущи природе - систем,

способных к самоорганизации, саморазвитию.

Основные свойства самоорганизующихся систем - открытость,

нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с

открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

2.1.3. Открытость.

Классическая термодинамика имела дело с закрытыми системами, т.е.

такими системами, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и

информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является

понятие энтропии. Это понятие относится к закрытым системам, находящимся в

тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т.

Изменение энтропии определяется формулой: d E = d Q / T , где d Q -

количество тепла, обратимо подведенное к систем или отведенное от нее.

Именно по отношению к закрытым системам и были сформулированы два

начала термодинамики. В соответствии с первым началом термодинамики, в

Страницы: 1, 2, 3