Естественнонаучная картина мира

Д. А. Гусев, Е. Г. Волкова, А. С. Маслаков

Естественнонаучная картина мира

© МПГУ, 2016

© Гусев Д. А., Волкова Е. Г., Маслаков А. С., 2016

* * *

Предисловие

Каждый человек живет в какую-либо историческую эпоху. Это может быть период Древнего мира, или Средних веков, или Нового времени и т. д. Понятно, что любая человеческая жизнь в значительной степени зависит от своей эпохи. Вообразим, что мы с вами живем не на рубеже XX–XXI вв., а, например, на рубеже X–XI вв. или на рубеже V–IV вв. до н. э. Такой ли была бы тогда наша жизнь, как сейчас? Конечно же, она была бы совершенно иной, в зависимости от того времени, в котором мы оказались. А всякая эпоха отличается какими-либо характерными чертами или особенностями. Например, Средние века – это период безраздельного идейного господства религии и церкви во всех областях жизни человека и общества; и случись нам жить примерно в XII–XIII вв. – время расцвета Средневековья, – все мы, наверное, нисколько не сомневались бы в существовании Бога, сотворении мира и зависимости каждой человеческой жизни от божественного промысла…

Случайно или нет, но нам выпало жить на рубеже XX–XXI вв. новой эры. Эту эпоху мы называем Новейшим временем или современностью. Каковы ее главные отличительные черты? Наверное, никто не будет спорить с тем, что в современную эпоху господствующие позиции в духовной культуре человечества занимает наука. Если бы мы сказали европейцу, живущему в XIII в., что можно, не выходя из дома, видеть происходящее на другом конце земли или летать по небу в сотни раз выше и быстрее самых высоких и сильных птиц, или ходить по поверхности Луны, он сказал бы нам, что ничего подобного никогда и нигде не может быть. Для нас же все эти вещи настолько привычны и просты, так прочно вошли в нашу повседневную жизнь, что ничего необычайного и чудесного мы в них не видим.

Наука играет огромную роль в жизни современного человека, и он волей-неволей причастен к ней. Даже если он принципиально не будет нигде и ничему учиться, даже если специально не прочитает за свою жизнь ни одной страницы, нарочно оставаясь невеждой, он все равно будет знать в сотни раз больше, чем его далекие предки из первобытности, Древнего мира или Средних веков. Ему все равно будет хорошо известно, в отличие от них, почему меняются день и ночь, зима и лето, отчего идет дождь, сверкает молния и гремит гром. Человеку не придет в голову приписывать Солнцу, Луне и звездам свойства живых существ и т. д., и т. п. Даже если ему ненавистен прогресс науки и техники, он все равно никуда не может от него деться, ведь для этого ему надо было родиться в другое время, на несколько столетий или тысячелетий раньше. Но времена, как известно, не выбирают, и поэтому невозможно не считаться с той эпохой, в которую живешь. А поскольку облик современного мира во многом определяет наука, то невозможно не считаться и с ней. Напротив, надо пытаться ее понять: чем она занимается, чем отличается от других форм духовной культуры, как устроена, каким образом развивается, каковы ее цели и задачи, возможности, перспективы и границы, какие достижения и победы, проблемы и поражения человечества с ней связаны, какую роль она играет и будет играть в жизни человека и общества. Такой общий взгляд на науку (имеется в виду прежде всего, конечно же, естествознание) и ее современное теоретическое и практическое состояние является содержанием этого учебного пособия, которое поможет вам закрепить и расширить свои познания в области естествознания.

Тема 1. Наука в духовной культуре

§ 1. Когда и где появилась наука?

Все, что нас окружает, можно мысленно разделить на две большие сферы: все, не созданное человеком (естественное), и все, им созданное (искусственное). Первую сферу мы, как правило, называем природой, а вторую – культурой. Как известно, культура, в свою очередь, также делится на две большие группы: материальную и духовную. Духовная культура существует в различных видах или формах, из которых основными являются наука, религия, искусство и философия. Эти формы духовной культуры сходны между собой в том, что с их помощью человек пытается ответить на бесчисленные вопросы, которые он, будучи существом разумным (homo sapiens), со времени появления на земле не устает себе задавать; а различие между ними заключается в том, что они исследуют различные объекты и используют разные методы.

Так, предметом науки является реально существующий физический мир, осваивая который, она стремится к высокой степени точности своих знаний, полагает необходимым все доказывать, а также экспериментировать, все глубже проникая в тайны природы, и извлекать из этого практическую пользу, увеличивая техническую мощь человека. Предмет же религии – сверхъестественный (потусторонний, божественный) мир, который, с ее точки зрения, реально существует и определяет все земные события. Понятно, что в этом мире, в отличие от естественного, ничего не поддается эксперименту, а значит, невозможно ни доказать, ни опровергнуть его существование. А что же тогда возможно? Только бездоказательная иррациональная вера: произвольно, свободно, в силу одного только нашего желания верить в реальность Бога, бессмертной души и вечной жизни. Итак, религия, в отличие от науки, обращена не на естественный, а на сверхъестественный мир и базируется не на доказательстве, а на вере. Предметом искусства является внутренний, эмоциональный мир человека. В отличие от науки, искусство не стремится что-либо доказывать, а в отличие от религии, не призывает во что-либо безусловно верить. Оно базируется на выражении и передаче через художественные образы человеческих чувств, настроений, переживаний. Философия (в отличие от науки, религии и искусства) не ограничивается какой-либо одной сферой реальности и пытается охватить и естественный, и сверхъестественный, и внутренний, эмоциональный, мир человека. При этом в качестве средств освоения этих миров она признает и доказательное знание, и бездоказательную веру, и эстетическое чувство, отличаясь, как видим, от других форм духовной культуры более широким масштабом.

Но вернемся к науке. Как уже было сказано, наука – это одна из форм духовной культуры, направленная на изучение реально существующего физического мира и базирующаяся на доказательстве. Кроме того, можно определить науку как особую сферу интеллектуальной деятельности людей, направленной на накопление, теоретическую систематизацию и ретрансляцию объективных знаний о природе, человеке и обществе.

Существуют различные классификации наук, причем самой распространенной из них является та, согласно которой все науки делятся на естественные (или естествознание) и социально-гуманитарные. Предметом естественных наук является природа, исследуемая астрономией, физикой, химией, биологией и другими дисциплинами; предмет социально-гуманитарных наук – человек и общество, изучаемые психологией, социологией, культурологией, историей и т. д. Причем, в естествознании выделяют специфический класс наук, называемых техническими, то есть наук, изучающих явления природы, имеющие особое значение для создания и развития техник, например: аэронавтика, робототехника, криптография, баллистика и проч. Надо отметить, что такие науки, как математика, логика, информатика, иногда выделяют в отдельную группу, называя их абстрактными или формальными, а иногда причисляют к классу естественных наук.

Кроме того, принято выделять такие направления научных исследований, как: фундаментальные научные исследования (от лат. «fundare» – «основывать»), направленные на основательное, всестороннее изучение явлений физического мира и существующих между ними закономерностей для того, чтобы получить базовые знания о нем (например: фундаментальная физика или фундаментальная химия), и прикладные научные исследования, использующие достижения фундаментальных наук для создания и совершенствования технологий (например: прикладная физика или прикладная химия).

Если говорить о происхождении науки, то существует несколько точек зрения на время и место ее возникновения. Согласно одной из них она появилась еще в эпоху каменного века, около 2 млн лет назад, как первый опыт по изготовлению орудий труда и предметов утвари. Ведь для их создания требуется некоторое знание о различных природных объектах, которое практически используется, накапливается, совершенствуется и передается из поколения в поколение. Но в то время наука носила исключительно прикладной характер, и даже отдельных элементов теоретизации в ней не было.

Согласно другой точке зрения наука зародилась приблизительно в V–IV вв. до н. э. в Древней Греции, когда мышление начало становиться все более критическим, то есть стремилось в большей степени опереться на принципы и законы логики, а не на мифологические предания и традиции. Именно греки первыми обратили внимание не только на окружающий мир, но и на сам процесс его познания, на мышление. Не случайно наука о формах и законах правильного мышления – логика Аристотеля – появилась именно в Древней Греции. Греки навели порядок в хаосе накопленных их восточными соседями знаний, решений, рецептов, придали им систематичность, упорядоченность и согласованность. Говоря иначе, они стали заниматься наукой не только практически, но и, в большей степени, теоретически. Первый образец научной теории – геометрия Евклида – появилась, как и логика Аристотеля, в Древней Греции. Евклидова геометрия, которой 2,5 тысячи лет, до сих пор не устаревает именно потому, что представляет собой безупречное теоретическое построение: из небольшого количества простых исходных утверждений (аксиом и постулатов), принимаемых без доказательства в силу их очевидности, выводится все многообразие геометрического знания. Конечно, теперь мы знаем, что и очевидные основания геометрии Евклида возможно оспаривать, однако в пределах истинности своих оснований-аксиом она по-прежнему несокрушима. Однако во времена античности наука не была самостоятельным типом мировоззрения, а существовала внутри философского знания.

Сторонники третьей точка зрения говорят о том, что наука появилась только в эпоху Нового времени, в XVI–XVII вв. Именно тогда она покинула лоно философии и превратилась в самостоятельную форму духовной культуры, уникальную сферу интеллектуальной деятельности людей. В науке начали широко применяться экспериментальные методы, и естествознание заговорило на языке математики. Кроме того, к этой эпохе относится и возникновение первых общественных научных организаций – Лондонского королевского общества и Парижской академии наук. Бурный рост науки начался именно в эту эпоху. А все основные научные достижения, с которыми имеет дело современный человек, приходятся на последние четыре столетия.

Однако успехи науки в период Нового времени все же являются весьма скромными по сравнению с теми высотами, на которые она поднялась к началу XXI столетия. Сегодняшняя наука охватывает огромную область знаний – около 15 тысяч дисциплин, которые в различной степени отдалены друг от друга. В XX–XXI вв. научная информация за 10 – 15 лет удваивается. Если в 1900 г. выходило около 10 тысяч научных журналов, то сейчас – несколько сотен тысяч. Число ученых по профессии в мире к концу XX в. достигло свыше 5 млн человек. Более 90 % всех важнейших достижений научно-технического уровня приходится на XX – начало XXI вв. 90 % всех ученых, когда-либо живших на земле, – наши современники. Кроме того, в настоящее время наука характеризуется не только небывалыми результатами, но и тем, что ныне она превратилась в мощную общественную силу, и во многом определяет облик современного мира.

§ 2. Особенности и критерии науки

Наука как самостоятельная форма духовной культуры характеризуется рядом специфических черт, отличающих ее от других форм духовной культуры. Перечислим наиболее важные особенности науки.

1. Наука изучает только то, что есть, то есть реально существует, присутствует, наличествует само по себе и независимо от нас. Ее не интересует, почему (в конечном итоге, в смысле первопричины) это есть, что могло бы быть, что должно (в силу наших представлений и желаний) быть и, особенно, – хорошо или плохо то, что есть. Например, если мы спросим физика, что такое закон всемирного тяготения, он, конечно же, без труда ответит на этот вопрос. Однако если мы спросим его, почему существует закон всемирного тяготения, откуда он взялся, что могло бы быть вместо него, хорошо или плохо существование такого закона и что-нибудь еще в этом роде, то он скажет, что эти вопросы не являются научными, то есть находятся вне компетенции науки, вне поля ее деятельности и сферы ее интересов. Неверным было бы утверждение о том, что наука не может ответить на данные вопросы, ведь если кто-то не может ответить на некий вопрос, это значит, прежде всего, что он этим вопросом задается, интересуется, стремится найти на него ответ. Наука же принципиально не отвечает на такие вопросы, не задается, не интересуется ими или игнорирует их. Они находятся в ведении философии или религии, но не науки. Здесь могут сказать, что она сама себя ограничивает, преднамеренно сужая поле своей деятельности. Это действительно так. Наука не претендует на всеохватность и не стремится обрести абсолютную истину, ответив на все возможные вопросы. Но во многом благодаря этому сознательному самоограничению она с успехом решает те проблемы, которые перед собой ставит, и добивается больших результатов на том поприще, которое она выбирает.

2. Наука базируется, как уже говорилось, на доказательстве, то есть для нее имеет смысл только то, что можно подтвердить или опровергнуть. Если же некие положения (утверждения) невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть, то они не имеют для науки никакого интереса, она ими не занимается. Обратим внимание на то, что и подтвердить, и опровергнуть означает доказать. Довольно часто термины «доказательство» и «подтверждение» воспринимаются как синонимы, что неверно. Подтверждение – это разновидность доказательства. Другой его разновидностью является опровержение. Подтвердить – это значит доказать истинность какого-либо тезиса, утверждения, положения, а опровергнуть – доказать его ложность. Опираясь на доказательство, научное знание характеризуется логической выводимостью одних положений из других, а также систематичностью, упорядоченностью и согласованностью.

3. Наука стремится к большой степени точности и объективности своих утверждений, то есть их общеобязательности и общепризнанности. Она стремится минимизировать субъективный элемент в своих построениях, добиться того, чтобы ее выводы и результаты были одинаково убедительными для всех людей, независимо от их личных особенностей, желаний, пристрастий и предпочтений (то есть всего субъективного).

В отличие от научных знаний, философские и религиозные идеи тесно связаны с факторами субъективного предпочтения. Например, некий философ-материалист считает первоначалом мира вечную и бесконечную материю (условно говоря – мировое вещество), одной из форм которой является разумный человек, отличающийся от всех других объектов мироздания духовной жизнью, вторичной, таким образом, по отношению к материи. Другой же мыслитель, идеалист, утверждает, что вечно существует и является первоначалом всего вовсе не материя, а нечто идеальное, духовное (Бог, Мировой разум, Абсолютная идея и т. п.), которое как бы разворачивается и воплощается во все объекты материального мира, вторичного, таким образом, по отношению к духу. Ни подтвердить, ни опровергнуть наверняка ту или другую точку зрения невозможно. Поэтому человеку ничего не остается, кроме как, по крупному счету, верить или не верить в то, что мир устроен так или иначе. Поэтому одни, в силу своих предпочтений, будут согласны с материалистами, а другие – с идеалистами. Такова, во многом, специфика философских идей.

Иначе обстоит дело с научными знаниями. Например, трудно не согласиться с тем, что два физических тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Несмотря на субъективные предпочтения, каждый вынужден признать справедливость ньютоновского вывода о всемирном тяготении хотя бы потому, что постоянно испытывает на себе последнее и никуда не может от него деться. Обратите внимание, вполне можно сказать: «Я не согласен с тем, что первоначалом мира является материя, скорее всего в основе мироздания лежит дух…», но можно ли сказать: «Я не согласен с тем, что Земля шарообразна и вращается вокруг Солнца, по моему мнению, она плоская, а Солнце вращается вокруг нее?»

4. Поскольку наука стремится к большой степени точности своих результатов, ей необходим строгий и однозначный язык, который четко фиксирует смысл и значение понятий. Естественный язык, то есть тот, на котором мы говорим, читаем и пишем, малопригоден для этого, так как он содержит в себе множество предпосылок для неясности, неопределенности, неточности и размытости того содержания, которое может быть с помощью него выражено. Понятно, почему наука пользуется не естественным, а искусственным языком. Что он собой представляет? Формулы, уравнения, условные обозначения, символы и т. п. В отличие от естественного языка, последний намного более точен и строг, неясность и неопределенность в нем почти исключены. Кроме того, искусственный язык намного компактнее естественного и является международным. Ученые всех стран могут общаться между собой на языке формул и уравнений без особенных затруднений, языковых барьеров, неизбежных при использовании естественного языка.

5. Помимо всего прочего наука также характеризуется тем, что интересуется не только окружающим человека миром, но и самим процессом его исследования. Она уделяет пристальное внимание методам познания природы, выделяясь среди других форм общественного сознания тем, что в ней методы получения нового знания стали предметом самостоятельного анализа. В настоящее время даже появилась самостоятельная научная дисциплина – «методология научного познания». Методология науки – это учение о научных методах, или теория методов. Наука критически рассматривает уже имеющиеся методы, продумывает пути более эффективного их использования, ищет новые методы, исследует саму процедуру их выработки и т. д. Методы познания – это инструменты науки. Образно говоря, она постоянно проверяет и перепроверяет свои инструменты: наводит порядок в старых, совершенствует их или заменяет более качественными, приобретает новые, учится ими пользоваться и т. д., и т. п. Всему этому и посвящена методология науки.

По большому счету человека всегда интересовали два вопроса: что такое какая-то реальность и как с ней обращаться. Метод дает ответы на вопросы второго типа, и во многих случаях именно эти ответы имеют решающее значение. Когда человек вооружен методом, он отчетливо видит путь реализации стоящих перед ним задач, знает, как следует совершить требуемое действие, и, скорее всего, достигнет желаемого результата. Строгость и точность научного знания, его систематичность и упорядоченность, а также значительные достижения науки во многом обусловлены тем, что одним из объектов ее исследования являются методы, с помощью которых она осваивает окружающий мир и проникает в тайны природы.

Таковы основные особенности науки. Теперь рассмотрим ее критерии, то есть такие признаки или показатели, с помощью которых можно отличить научное знание от псевдонаучного. Дело в том, что науку на протяжении всей ее истории сопровождала паранаука – совокупность различных идей и учений, только по внешним, формальным признакам сходных с научными, а на самом деле не имеющих с ними ничего общего, а также претендующих, как правило, на приобщенность к некоему якобы тайному знанию, которое доступно немногим. Например, все хорошо знают, что такое астрономия и что такое астрология. Первая представляет собой науку, вторая – пара-науку. Однако, к сожалению, многие и по сей день воспринимают ее как науку и относятся к ней вполне серьезно. Как астрология сопровождала астрономию, так химию сопровождала алхимия, а арифметику – нумерология (якобы наука о том, что между числами, выражающими количество букв в имени, фамилии, а также час, день, месяц, год рождения и т. п., и человеческими судьбами существует некая тайная связь, которую возможно постичь с тем, чтобы каким-то образом воздействовать на ход вещей). И если алхимия ушла в прошлое, то астрология и нумерология процветают поныне, равно как и иные паранауки, среди которых хиромантия, физиогномика, парапсихология, уфология и другие. Паранаучное знание также можно назвать псевдонаучным, лженаучным или околонаучным. Греческая приставка «пара» переводится на русский язык как «около», то есть «околонаучное» и «паранаучное» – это одно и то же… Сопровождая науку на протяжении всей ее истории, паранаука обычно маскировалась под нее, прикрывалась ее заслуженным авторитетом. Поэтому наука выработала два критерия, на основании которых можно отграничить научное знание от паранаучного.

Принцип верификации (от лат. verus – истинный и facere – делать), в силу которого только то знание является научным, которое можно подтвердить (так или иначе, прямо или косвенно, раньше или позже). Этот принцип был предложен известным английским философом и ученым XX в. Бертраном Расселом. Однако для того, чтобы отличить науку от паранауки, одного только принципа верификации недостаточно: паранаука иногда так ловко и хитро выстраивает свои аргументы, что вроде бы все, о чем она говорит, подтверждается. Поэтому принцип верификации дополняется вторым критерием, который был предложен крупным австрийским и британским философом XX в. Карлом Поппером. Это принцип фальсификации (от лат. false – ложь и facere – делать), в силу которого только то знание является научным, которое можно (так или иначе, прямо или косвенно, раньше или позже) опровергнуть. На первый взгляд принцип фальсификации звучит странно: понятно, что научное знание можно подтвердить, но как понимать утверждение, по которому его можно опровергнуть. Дело в том, что наука постоянно развивается, идет вперед: старые научные теории и гипотезы заменяются новыми, опровергаются ими; поэтому в науке важна не только подтверждаемость теорий и гипотез, но и их опровержимость. Например, с точки зрения древней науки, центром мира является Земля, а Солнце, Луна и звезды движутся вокруг нее. Это было именно научное представление, которое существовало и «работало» примерно две тысячи лет. В его рамках велись наблюдения, делались открытия, составлялись карты звездного неба, рассчитывались траектории небесных тел. Однако со временем такое представление устарело: накопленные факты начали противоречить ему, и в XV в. появилось новое объяснение мирового устройства, по которому в центре Вселенной находится Солнце, а Земля вместе с другими небесными телами движется вокруг него. Такое объяснение, конечно же, опровергало древнее представление о Земле как центре мира, но от этого оно вовсе не переставало быть научным, а наоборот, оставалось им, лишь для своего времени.

Если принцип верификации, взятый в отдельности, паранаука, в своем стремлении замаскироваться под науку, может обойти, то против двух принципов вместе (верификации и фальсификации) она бессильна. Представитель паранауки, конечно же, может сказать: «В моей науке все подтверждается». Но сможет ли он сказать: «Мои идеи и утверждения когда-либо будут опровергнуты и уступят место новым, более верным представлениям»? В том-то и дело, что не сможет. Вместо этого он скажет примерно следующее: «Моя наука древняя и тысячелетняя, она впитала в себя мудрость веков, и в ней ничто не подлежит опровержению». Когда он утверждает, что его идеи неопровержимы, он тем самым, по принципу фальсификации, объявляет их псевдонаучными. В отличие от него представитель науки, ученый, признает как подтверждаемость на настоящий момент, так и будущую опровержимость своих идей. «Мои утверждения, – скажет он, – подтверждаются ныне так-то и тем-то, но пройдет время, и они уступят место новым представлениям, более основательным и более верным». Паранаука не может обойти принцип фальсификации, потому что она, в отличие от науки, не развивается. Сравнив достижения науки за 2,5 тысячи лет с результатами паранауки, мы увидим, что успехи первой колоссальны, в то время как второй «похвастаться» нечем. Современные представители паранауки говорят человеку примерно то же самое (поменялась форма, но не содержание), что и древние шаманы, маги и колдуны.

Итак, если какое-то знание нельзя ни верифицировать (подтвердить), ни фальсифицировать (опровергнуть), то оно является псевдонаучным, лженаучным, околонаучным, или паранаучным, но в любом случае, не научным.

§ 3. Структура научного познания

В структуре научного познания принято выделять два тесно связанных между собой уровня, или два этапа: эмпирический уровень (от греч. empeiria – опыт), на котором осуществляется накопление разнообразных фактов (реально происходящих конкретных процессов или явлений), наблюдаемых в природе; теоретический уровень (от греч. theoria – мысленное созерцание, умозрение), на котором осуществляется объяснение накопленных фактов. На теоретическом уровне научное знание существует в таких формах, как: проблема, гипотеза, закон и теория. Проблема содержит в себе то, что еще не познано человеком. Ее можно назвать своего рода «знанием о незнании». Появляется она в том случае и в тот момент, когда обнаруживается новый факт (или факты), не поддающийся объяснению в системе имеющегося знания. Гипотеза – это предположение, как правило, научного характера, выдвигаемое с целью объяснения каких-либо объектов, явлений, событий и т. п. От простого предположения, например догадки, гипотеза отличается большей сложностью и обоснованностью. Закон служит для выражения важных, необходимые и повторяющихся связей между явлениями и внутри них в форме теоретических утверждений (как на естественном, так и на математическом языке).