Естествознание (от естество... и знание), система наука о законах, явлениях и свойствах объектов природы, включающая множество отраслей - естественных наук. Предмет Е. - природа - весь мир в его многообразии форм и проявлений. Е. - эффективное средство познания окружающего мира. Изучая явления, законы и свойства объектов природы, человек познает естественно-науч. истину, и в этом заключается познавательная цель естествознания. Естественно-науч. знания - основа для философских обобщений. В процессе естественно-науч. познания открываются фундаментальные законы, обнаруживаются новые явления и свойства объектов природы, что позволяет создавать более совершенные технические средства эксперимента, и тем самым более глубоко проникать в тайны окружающего мира. Е. отличает практическая значимость: важнейшие естественно-научные достижения - фундаментальная база для развития наукоёмких технологий: информационных, генных, микро- и нанотехнологий, биотехнологий и др., - внедрение которых способствует развитию промышленности, сельского хозяйства и других видов деятельности человека.
Естественно-науч. знания, как и другие виды знаний, существенно отличаются от финансовых, природных, трудовых и других ресурсов. Все чаще их называют интеллектуальным капиталом. В наше время естественно-науч. знания принято считать важнейшим, определяющим фактором экономики, её базовым ресурсом, по своей практической значимости превосходящим такие традиционные ресурсы, как земля, рабочая сила и др. Внедрённые естественно-науч. разработки приносят большую прибыль и, следовательно, служат орудием конкуренции.
Объекты исследования. Объект исследования Е. - материя, её виды, структура, разл. формы движения; взаимосвязи явлений и свойств объектов природы для разл. форм движения материи; время и пространство как универсальные формы материи. Для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и их формы движения, свойства материальных объектов, их характеристики, которые можно определить с помощью приборов. В совр. Е. различают три вида материи: вещество, поля физические и вакуум физический.
Вещество - вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы и образованные из них многочисленные системы. Переход вещества из одного состояния в другое - один из видов движения материи. К характерным видам движения материи относятся: механическое движение (относительное перемещение тел); колебательное и волновое движения; возникновение и распространение электромагнитных волн; тепловое (хаотическое) движение атомов и молекул; равновесные и неравновесные процессы в макросистемах; фазовые переходы между агрегатными состояниями (плавление, испарение и др.); радиоактивный распад; ядерные реакции; химические превращения и синтез веществ; рост и развитие живых организмов; развитие биосферы; эволюция звёзд, галактик и Вселенной и др.
Физические поля - вид материи, обеспечивающий взаимодействие материальных объектов вне зависимости от их структуры. К физич. полям относятся гравитационное и электромагнитное поля, поля ядерных сил, волновые (квантовые) поля, соответствующие различным микросистемам (например, электрон-позитронное поле). Физич. поля частиц переносят взаимодействие между ними с конечной скоростью. В квантовой теории взаимодействие обусловливается обменом квантами между частицами.
Физический вакуум - низшее энергетич. состояние квантового поля. Этот термин введён в квантовой теории для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее число частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы, которые существуют в промежуточных состояниях непродолжительное время и могут влиять на физич. процессы. В физич. вакууме могут рождаться пары частица-античастица различного типа. Предполагается, что из физич. вакуума, находящегося в возбуждённом состоянии, родились первичные объекты Вселенной.
Всеобщими универсальными формами существования и движения материи принято считать время и пространство. Движение материальных объектов, явления и процессы происходят в пространстве и во времени. Особенность естественно-науч. представлений об этих понятиях заключается в том, что время и пространство можно охарактеризовать количественно с помощью приборов. Время выражает порядок смены физич. состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Эталон времени определяется с помощью атомных частиц, в которых регистрируется квантовый переход электронов между двумя энергетич. уровнями атом. Точность современных эталонов времени чрезвычайно высока. Например, относительная погрешность водородного эталона времени не превышает 5∙10-15. Возможно, в скором будущем примут новый эталон времени - пульсары, которые по стабильности сигналов не уступают лучшим атомным часам.
При создании классической механики И. Ньютон ввел понятие абсолютного или истинного математич. времени, которое течёт всегда и везде равномерно, и относительного времени как меры продолжительности, употребляемой в обыденной жизни и означающей определённый интервал времени: час, день, месяц и т. п. Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. В совр. представлении время всегда относительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.
В отличие от одномерного времени реальное пространство трёхмерно. В таком пространстве существуют атомы и объекты Вселенной, для которых выполняются фундаментальные законы природы. Однако выдвигаются гипотезы о многомерности пространства, хотя наши органы чувств воспринимают реальные объекты в трёхмерном пространстве. Пространство выражает порядок сосуществования физич. тел. Завершённая теория пространства - евклидова геометрия, созданная более 2000 лет назад. По аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввёл понятие абсолютного пространства, которое существует независимо от находящихся в нем физич. объектов и может быть совершенно пустым, являясь мировой ареной, где разыгрываются физич. процессы. Свойства пространства определяются геометрией Евклида. Именно такое представление о пространстве лежит в основе практич. деятельности людей. Однако пустое пространство идеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен многообразными материальными объектами. Пространство, как и время относительно.
Один из важнейших объектов исследования естествознания - строение материи. Ещё в античные времена в Др. Греции обсуждались две гипотезы. Одну предложил Аристотель: вещество делится на более мелкие частицы, и нет предела его делимости. Другая гипотеза выдвинута Левкиппом и развита его учеником Демокритом, по мнению которого в природе существуют атомы и пустота, а атомы - неделимые, вечные, неразрушимые элементы материи. Эту гипотезу принято называть концепцией атомизма. Неделимость атома как составной части молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу 20 в. физич. опыты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 Дж. Томсон открыл электрон - составную часть атома, определил отношение его заряда к массе, а в 1903 предложил одну из первых моделей атома. Атомы химич. элементов по сравнению с наблюдаемыми телами очень малы (от 10-10 до 10-9 м, их масса 10-27-10-23 кг), имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов, а в состав ядер входят протоны и нейтроны, называемые нуклонами. Опыт показывает, что и для нуклонов характерна дискретность. Например, свободный нейтрон распадается на электрон, протон и электронное антинейтрино. Это означает, что концепция атомизма для ядер характеризует дискретную структуру материи на её нуклонном уровне.
В совр. представлении не только вещество, но и другие виды материи - физич. поле и физич. вакуум - имеют дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, образуют хаотически меняющуюся пространственно-временную среду чрезвычайно малых размеров. Такие ячейки настолько малы, что их можно не учитывать при описании свойств атомов, нуклонов и разл. макросистем, считая пространство и время непрерывными. Как непрерывная, сплошная среда воспринимается вещество, находящееся в твёрдом и жидком состояниях. Однако то же вещество при объяснении тепловых явлений, химич. процессов, электромагнитного излучения и т. п. рассматривается как дискретная среда, состоящая из взаимодействующих атомов и молекул. Гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля при решении многих физич. задач принято считать непрерывными, а в квантовой теории - дискретными. Дискретность и непрерывность - неотъемлемые свойства всех видов материи.
Важнейший объект исследования естествознания - структурная и системная организация материи в виде огромного разнообразия материальных систем различных масштабов и уровней. Множество материальных систем принято условно делить на микромир, макромир и мегамир. К микромиру относятся молекулы, атомы и элементарные частицы. Огромное число атомов и молекул образуют объекты макромира, и к нему относятся все непосредственно наблюдаемые тела. Самую крупную систему материальных объектов составляет мегамир - мир планет, звёзд, галактик и Вселенной. В живой природе самая крупная система - биосфера - область распространения жизни на Земле. Она состоит из биоценозов, содержащих множество популяций живых организмов различных видов, а популяции образуют отдельные особи, организм которых состоит из органов, содержащих клетки со сложной структурой, включающих ядро, мембрану и другие составные части.
Вне зависимости от структурной организации материальных систем разных масштабов, можно выделить несколько уровней их исследования: нуклонный, атомный и молекулярный. В каждой отрасли естествознания эти уровни дополняются своими, учитывающими специфику исследуемого объекта. Например, в биологии к ним относится генетический, клеточный, организменный, популяционный, видовой, биоценозный и биосферный уровни, которые позволяют всесторонне изучать объекты живой природы. Между разными уровнями исследования материальных объектов нельзя провести чёткую границу; они взаимосвязаны и дополняют друг друга.
Материальные объекты микро-, макро-, и мегамира отличаются друг от друга своими размерами и другими количеств. характеристиками, описываются разными теориями, принципами и законами. При объяснении процессов в микромире используются принципы и теории квантовой механики, квантовой статистики и т. п. Изучение материальных объектов макросистем основано на законах и теориях классич. механики, термодинамики и статистич. физики, классич. электродинамики Максвелла, оптики и других отраслей Е. Вместе с тем многие понятия и концепции (энергия, импульс и др.), введённые в классич. физике для описания свойств макромира используются для объяснения процессов и явлений в микро- и мегамире. Движение планет в Солнечной системе и других объектов Вселенной описывается законом всемирного тяготения и законами Кеплера. Происхождение и эволюция Вселенной объясняются на основании комплекса естественно-науч. знаний, включающих физику элементарных частиц, квантовую теорию поля и т. п.
Существенное различие между материальными объектами микро- и макромира заключается в тождественности микрочастиц и индивидуальности макросистем. В классич. механике можно проследить за движением отдельных объектов-частиц по их траекториям и таким образом отличить их одну от другой. В квантовой механике тождественные частицы полностью лишены индивидуальности. Однако в природе не существует двух совершенно одинаковых макросистем - все они индивидуальны. Индивидуальность может проявиться даже на молекулярном уровне строения материи. Например, молекулы этилового спирта и диметилового эфира имеют одинаковый состав и молекулярную массу, но разные химич. свойства. Вещества с такими молекулами называются химическими изомерами. Изомерия наблюдается и для атомных ядер, т. е. на нуклонном уровне строения материи. Нестабильные ядерные изомеры при одинаковом составе ядер имеют разл. периоды полураспада.
Фундаментальные законы природы характеризуют материальные объекты вне зависимости от того, где они находятся. Например, с помощью законов сохранения энергии и импульса можно описывать движение тел на Земле, взаимодействие элементарных частиц, движения планет, звезд и т. п. Строение материи на нуклонном, атомном и молекулярном уровнях одинаково на Земле и в космическом пространстве. Все это означает, что фундаментальные законы природы универсальны - они применимы для характеристики материальных объектов всего мира, доступных нашим наблюдениям с помощью самых совершенных приборов. Универсальность фундаментальных законов свидетельствует о материальном единстве природы и Вселенной в целом.
Развитие естествознания. Е. в современном представлении предшествовал длительный период, начавшийся с древних времён, когда постепенно накапливались знания о природе. Наши древние предки начали изготавливать орудия труда из камня и дерева, научились охотиться и ловить рыбу, добывать огонь и пр. История не донесла до нас имена древних изобретателей каменных предметов труда, первооткрывателей огня и колеса, сыгравших важную роль в развитии цивилизации. В то же время искусство каменного века удивительно точно изобразило многие предметы быта и животных.
С переходом от охоты и собирательства к кочевому скотоводству и оседлому земледелию, по мере накопления знаний о природе на рубеже 4-3 тыс. до н. э. зарождались первые городские цивилизации Египта, Шумера. Развитие естественно-науч. знаний активизировалось в переходной период от каменного к бронзовому веку, называемого медным веком, когда потребность в них обусловливалось не только естественным стремлением человека познавать окружающий мир, но и потребностями создавать более совершенные орудия труда. В этот период преобладали орудия из камня, но появились и медные, и кроме того, были открыты процессы брожения, мумификации. А ещё раньше в 5-м тыс. до н. э. в Древнем Египте выплавлялись первые стеклоподобные вещества.
Первые дошедшие до нас письменные источники содержат множество сведений о природе. С появлением письменности расширилась возможность накопления естественно-науч. знаний и их передачи потомкам. Мыслители Др. Греции одними из первых пытались найти материалистич. обоснование мироустройства и разработать рационалистич. метод познания природы. Так, Фалес обосновал возможность путём наблюдения и размышления постигать естественные законы жизни, устанавливать причинно-следственные связи явлений природы. Этот принцип лежит в основе естественно-науч. познания и не потерял своей значимости до сих пор. Его можно считать началом натурфилософии - философии природы, из которой медленно произрастало огромное ветвистое древо естествознания. С того времени вполне обоснованно можно рассматривать историю развития Е., в которой можно условно выделить три основных этапа: доклассический, классический и современный.
Первый этап - доклассический - самый длительный: он охватывает период от первых натурфилософских концепций (6 в. до н. э.) до 16 в., когда начало формироваться точное естествознание. Основоположники натурфилософии руководствовались идеями о единстве сущего, происхождении всех вещей из некоторого первоначала (воды, воздуха, огня) и о всеобщей одушевлённости материи. Живой интерес к природе как объекту познания вызвал расцвет натурфилософии в эпоху Возрождения, который связан с трудами Дж. Бруно, Б. Телезио, Т. Кампанеллы и др. Позднее натурфилософские взгляды, основанные на объективно-идеалистич. диалектике природы как живого организма, развивались Ф. Шеллингом и его последователями. Античному натурфилософскому атомистич. учению о строении вещества долгое время противопоставлялась алхимия. В эпоху Возрождения результаты химич. исследований всё чаще стали применяться в металлургии, стеклоделии, производстве керамики, красок и др.
Важную роль в становлении естественно-науч. мировоззрения сыграла геоцентрическая система мира, согласно которой в центре мировых сфер находится Земля. Переход от эгоцентризма, в котором взгляд на мир характеризовался сосредоточенностью на своём индивидуальном "я", к геоцентризму - первый и, пожалуй, самый важный шаг на пути зарождения естественно-науч. представлений о мире. Почти полторы тысячи лет отделяют эту систему от гелиоцентрической системы мира Н. Коперника. В центре гелиоцентрич. системы находится не Земля, а Солнце. Вершина этой системы - законы движения планет, открытые И. Кеплером, одним из творцов естествознания Нового времени.
В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи обосновал продолжительность процесса развития жизни на Земле, обнаружив окаменелые остатки вымерших организмов, и, кроме того, сделал удивительно точные изображения строения организма человека и некоторых животных.
Спустя почти столетие были сделаны важнейшие открытия в химии и биологии. Р. Бойль впервые в 1661 дал определение химического элемента. Его современник Р. Гук описал структуру растительной клетки - элементарной ячейки живых организмов.
Важнейшие естественно-науч. достижения, начиная от гелиоцентрич. системы Коперника и кончая астрономич. открытиями Г. Галилея и фундаментальными законами механики, сформулированными И. Ньютоном создали реальную базу для количеств. описания явлений и свойств объектов природы и тем самым положили начало классическому этапу развития Е., который длился до кон. 19 в. Законы классич. механики стали широко применяться во многих естественных науках, что привело к абсолютизации классич. механики, в результате чего в кон. 18 - нач. 19 вв. возникло философское учение - механистический детерминизм, основанный П. Лапласом.
Этапы развития Е. нельзя разделить чёткими границами. Для Е. характерно поступательное развитие: законы Кеплера - венец гелиоцентрич. системы с весьма длительной, начавшейся ещё в древние времена историей; законам Ньютона предшествовали законы Кеплера и труды Галилея; Кеплер открыл законы движения планет в итоге логически и исторически естественного перехода от геоцентризма к гелиоцентризму, но не без эвристических идей аристотелевской механики. Законы Кеплера и закон всемирного тяготения Ньютона послужили основой для открытия планет: Урана (1781), Нептуна (1846), Плутона (1930).
Для классического этапа характерны и другие крупные достижения: опытным путём установлены газовые законы; предложено уравнение кинетич. теории газов; сформулированы первое и второе начала термодинамики, открыты законы Кулона, Ома, электромагнитной индукции; разработана электромагнитная теория; сформулированы законы поглощения и рассеяния света и др. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения материи и движения, исключив из числа химич. реагентов флогистон - невесомую материю. Первая химич. теория - теория флогистона, согласно которой металлы (железо, медь, свинец и др.) считались сложными соединениями, т. е. состоящими из соответствующих химич. элементов и универсального "невесомого вещества" - флогистона, оказалась ошибочной. Выяснив роль кислорода в процессе горения, окисления и дыхания А.Л. Лавуазье полностью опроверг теорию флогистона.
В нач. 19 в. Дж. Дальтон заложил основы химической атомистики. Он впервые ввел понятие "атомный вес", определил атомные массы (веса) ряда элементов, открыл в 1803 закон кратных отношений. В 1811 А. Авогадро выдвинул молекулярную гипотезу строения вещества. Атомно-молекулярное представление утвердилось лишь в 60-х гг.19 в. В 1861 г. А.М. Бутлеров создал теорию химического строения вещества. А в 1869 г Д.И. Менделеев открыл периодический закон и создал периодическую систему химических элементов.
В 18 в. достигнуты определённые успехи и в познании живого мира. Обобщив достижения предыдущих поколений биологов, К. Линней разделил царства растений и животных на иерархически соподчинённые таксоны: классы, отряды (порядки), роды и виды. Он дал каждому виду латинское название в соответствии с правилами бинарной номенклатуры (родовое и видовое имя). Отсчёт совр. ботанической номенклатуры ведётся с года публикации книги Линнея "Виды растений" (1753), а зоологической - со времени выхода 10-го издания линнеевской "системы природы" (1758). К. Линней поместил человека в один отряд с обезьянами, что вызвало осуждение религиозных кругов. Распространение систематики Линнея в определённой степени стимулировало исследование ресурсов живой природы России, которое вошло в число первоочередных задач основанной в С.-Петербурге Академии наук (1724). Первой сводкой по фауне и флоре рос. территории было "Описание земли Камчатки" (1755) С.П. Крашенинникова, первого отеч. академика-биолога.
Принципы Линнея не разделял Ж. Бюффон, подготовивший 36-томную "Естественную историю" (1749-1788). Допуская постепенные переходы между видами, он развивал идею "лестницы существ" с позиции трансформизма, но потом под влиянием церкви отказался от своих взглядов.
В биологии 19 в. создана клеточная теория и эволюционное учение. Обоснование единства клеточного строения растительных (М. Шлейден, 1838) и животных организмов (Т. Шванн, 1839) лежит в основе клеточной биологии. В результате исследований химиков и физиологов была определена химическая природа основных веществ, из которых состоят живые организмы, - углеводов, липидов (жиров), белков и др., и тем самым заложены основы биохимии. Зарождается ещё одна отрасль Е. - микробиология, основоположником которой принято считать Л. Пастера, доказавшего природу брожения и обосновавшего микробное происхождение инфекционных заболеваний и механизм иммунитета.
Работы ряда физиологов 19 в., в т. ч. И.М. Сеченова, посвящены исследованию нервной системы, разл. органов чувств человека и животных. Зарождение генетики связывают с открытием Г. Менделя законов наследования отдельных признаков растениями (1866), которые были оценены и экспериментально подтверждены позднее. Широкое признание получили исследования Ж. Кювье, заложившего основы сравнительной анатомии и палеонтологии. Отстаивая постоянство видов, он связывал причину вымирания живых форм с мировыми катастрофами. В споре (1830) со своим соотечественником Э. Жоффруа Сент-Илером, отстаивавшем единство организации и развития животного мира, т. е. эволюцию, временную победу одержал Кювье. Для объяснения эволюции Ж. Ламарк наделял живые существа особым свойством - стремлением к совершенству, благодаря которому весь органический мир непрерывно изменяется, улучшается, т. е. развивается.
Практика искусственного отбора, представление о размножении, борьбе за существование и естественном отборе легли в основу эволюционного учения (1859) Ч. Дарвина (в конспективном виде оно изложено совместно с А. Уоллесом в 1858). С тех времён и до сих пор есть сторонники и противники этого учения. Раскрытие генного механизма наследственности, выяснение роли мутаций в процессе эволюции, попытки искусственного превращения одних видов живых организмов в другие приводят к ряду вопросов, ответы на которые выходят за рамки эволюции по Дарвину. Кроме того, в природе существуют адаптации, которые невозможно объяснить естественным отбором. Например, физические и химические свойства веществ и фундаментальные постоянные (скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Планка, элементарный электрический заряд и др.) как будто специально подобраны так, чтобы могла возникнуть жизнь. Такое утверждение иногда называют приспособленностью окружающей среды. Есть и другая его формулировка: если бы фундаментальные постоянные были чуть-чуть иными, то жизнь была бы невозможна. Этот вывод следует из общего принципа, который называется тонкой подстройкой Вселенной: при относительно небольшом изменении фундаментальных постоянных невозможно было бы образование материальных объектов Вселенной. С этим утверждением согласуются антропный принцип: наш мир таков, потому что в нем существует человек.
Тонкая подстройка Вселенной, природные адаптации, которые не подчиняются естественному отбору, и антропный принцип - все это свидетельствует о том, что только случайные совпадения благоприятных изменений не могли привести к образованию упорядоченных структур Вселенной и возникновению жизни на Земле.
Среди многих достижений в познании живой и неживой природы в развитие естествознания важную роль сыграла электромагнитная теория, разработанная Дж.Максвеллом, создателем классич. электродинамики. Она объяснила многие явления и предсказала электромагнитную природу света. Электромагнитные волны обнаружил Г. Герц. Он доказал, что их возникновение и распространение описывается уравнениями Максвелла. Измерив давление света П.Н. Лебедев экспериментально подтвердил электромагнитную природу света. Широкое практич. применение электромагнитных волн началось в 1895, когда А.С. Попов создал первый в мире радиоприёмник. Однако и электромагнитная теория не оказалась всесильной. В конце 19 в. при экспериментальном исследовании спектра излучения абсолютно чёрного тела была установлена закономерность распределения энергии, которую не удалось объяснить в рамках классич. электродинамики. Согласующееся с экспериментом объяснение предложил в 1900 М. Планк, для чего ему пришлось отказаться от общепринятого классич. представления. Он выдвинул квантовую гипотезу: атомы могут изучать энергию не непрерывно, а определёнными порциями - квантами. На основании этой гипотезы Н. Бор предложил квантовую модель атома (1913), которой предшествовала планетарная модель Э. Резерфорда. Все эти достижения соответствуют атомному уровню познания материи, и они открывают современный этап развития Е.
В нач. 20 в. был сделан важный шаг и в познании живой природы: в 1900 были подтверждены законы Менделя, из которых следовало, что наследственность не имеет промежуточного характера, а признаки передаются дискретными частицами, позднее названными генами, которые в совр. понимании можно представить в виде квантов наследственной информации. Исследования на атомном уровне позволили раскрыть механизмы многих химич. реакций, синтезировать несуществующие в природе вещества и на их основе производить материалы с уникальными свойствами, более глубоко изучить многие процессы в живом организме, установить сложную структуру молекулы ДНК, расшифровать генный механизм наследственности и многое другое.
Характерная особенность совр. этапа развития естествознания заключается в том, что наряду с классич. развиваются квантовые представления. На основании квантовой механики объясняются многие микропроцессы в пределах атома, ядра и элементарных частиц - появились новые отрасли естествознания: квантовая электродинамика, квантовая теория твёрдого тела, квантовая оптика и др.
В формировании квантово-механич. представлений важную роль сыграли работы Н. Бора, В. Гейзенберга, сформулировавшего принцип неопределённости и матричный вариант квантовой механики, Э. Шрёдингера, разработавшего волновую квантовую механику и предложившего её основное уравнение (уравнение Шрёдингера), П. Дирака, разработавшего релятивистскую теорию и на её основании предсказавшего существовании позитрона, Э. Резерфорда, создавшего учение о радиоактивности и строении атома, и многих других.
В первые десятилетия 20 в. исследовались радиоактивность и строение атомного ядра. Протонно-нейтронную модель ядра впервые предложил Д.Д. Иваненко. В 1938 сделано важное открытие: О. Ган и Ф. Штрассман обнаружили деление ядер урана при облучении их нейтронами. Это открытие способствовало бурному развитию ядерной физики, созданию ядерного оружия и рождению атомной энергетики.
Для исследования микрообъектов на нуклоном уровне и определения свойств элементарных частиц используются ускорителями заряженных частиц. В нач. 21 в. завершается сооружение в Женеве самого крупного в мире ускорителя - адронного коллайдера - в 27-километровом подземном тоннеле. Этот ускоритель обеспечит энергию частиц до 10 ТэВ (для сравнения: отеч. ускоритель У-70 ускоряет частицы до 70 ГэВ).
Одно из крупнейших достижений естествознания 20 в. -создание в 1947 транзистора Д. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли. С развитием физики полупроводников и созданием транзистора зародилась новая технология - полупроводниковая, а вместе с ней и перспективная, бурно развивающаяся отрасль естествознания и техники - микроэлектроника. В 1958 была собрана первая интегральная схема на монокристаллич. кремниевой пластинке площадью несколько квадратных сантиметров, на которой располагались два транзистора и RC-цепи. Совр. микропроцессор содержит более 10 млн. транзисторов. Если размеры элементов первых транзисторов равнялись десятым долям миллиметра, то сегодня они на три порядка меньше. Разрабатывается технология нанометровых размеров.
Квантовые генераторы - ещё одно важное достижение естествознания 20 в. Первый квантовый генератор на молекулах аммиака - источник электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне (мазер) - был создан в 1954 Н.Г Басовым, А.М Прохоровым и Ч. Таунсом. Создано множество модификаций квантовых генераторов, в т. ч. оптических квантовых, называемых лазерами, нашедших широкое применение. Разработаны уникальные лазеры - химические, атомные и др., - которые способствуют развитию перспективных направлений лазерных технологий.
В 20 в. достигнуты большие успехи и в химических отраслях естествознания. Открыты новые химические элементы. В 1940 г. получен первый трансурановый элемент - нептуний, а за три года до этого - первый искусственный элемент - технеций. Международный союз чистой и прикладной химии 1997 г. узаконил названия искусственных элементов: резерфордий (104), дубний (105), сиборгий (106), борий (107), хассий (108), и мейтнерий (109). Эти названия даны главным образом в честь учёных, внёсших значительный вклад в ядерную физику. Один из них - дубний - назван в честь российского города Дубна, где были открыты многие новые химические элементы. В 2006 г. сообщалось об открытии 118 элемента. Синтезировано множество химич. соединений: к началу 21 в. их общее число превышало 18 млн; во всех лабораториях нашей планеты ежедневно синтезируется 200 - 250 новых химич. соединений.
Применение высокоэффективных катализаторов (ионообменных смол, молекулярных сит, металлоорганических соединений и др.) позволило ускорить химич. реакции и оптимизировать многие технологич. процессы. Разработаны плазмохимич. методы синтеза карбидов, нитридов, карбонитридов таких металлов, как титан, цирконий, ванадий и др., при сравнительно небольших энергозатратах. Благодаря внедрению самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получено множество тугоплавких сплавов. В 1954 при высоких давлениях и температурах получен искусственный алмаз. Он отличается от графита более плотной упаковкой атомов углерода в кристалле. С применением порошковой металлургии, синтезирована особая разновидность чёрных алмазов - карбонадо, превосходящий по твёрдости природный алмаз. В 1985 получены фуллерены - новая модификация многоатомных молекул углерода, имеющая сферическую форму. Во второй половине 20 в. синтез полимерных материалов достиг крупных пром. масштабов: объём производства пластмасс сравним с объёмом выпуска стали - сотни миллионов тонн в год. Разнообразная одежда из полиэфиров, полиэтиленовая посуда, ковры из полипропилена, мебель из полистирола, шины из полиизопрена и т. п. - всё это производится из полимерных материалов. Многие детали совр. самолётов, ракет изготавливают из композиционных полимерных материалов. Один из них - кевлар - по показателю прочность/масса превосходит даже самую прочную сталь. В результате диссоциации металлоорганических соединений получаются высокодисперсные порошки, состоящие из частиц малых (до 1 мкм) размеров. Металлические вискерсы в виде нитевидных кристаллов диаметром 0,5-2 мкм, металлизированные волокна и др., на основе которых изготавливаются материалы с уникальными свойствами.
Естественно-науч. исследования, в т. ч. и синтез новых материалов, способствовали освоению космич. пространства. В 1961 Ю.А. Гагарин совершил первый в истории человечества полёт на космическом корабле "Восток", а в 1969 Н. Армстронг впервые ступил на поверхность Луны. С помощью космических аппаратов собираются уникальные сведения о внеземных объектах, исследуются свойства разных систем в невесомости, устанавливается космическая связь и т. д.
Исследованию объектов живой природы в 20 в. способствовали совершенствование экспериментальной техники и применение новых физич. и химич. методов. В результате таких исследований раскрыт механизм передачи наследственной информации, изучены процессы обмена веществ от молекулярного до организменного уровня, описаны механизмы регуляции основных функций организма, поведение и система коммуникации животных, изучены факторы эволюции, предложены рекомендации по охране природы, разработаны эффективные способы биосинтеза, проведены работы по жизнеобеспечению в космич. пространстве и в понимании глубинных процессов живых организмов. Ботаники и зоологи продолжают описывать и систематизировать новые виды организмов, число которых приблизилось к 1,5 млн. (к кон. 19 в. их было около 400 тыс.). В 1926 В.И. Вернадский предложил учение о биосфере и обосновал трансформацию её в ноосферу, решающую роль в которой играет человек.
С открытием Г. Менделем законов наследственности и их подтверждением в нач. 20 в. исследование объектов живой природы переходит на принципиально новый уровень - генетический. Термины "ген", "генотип" и др. были введены в 1909 В. Иогансеном, одним из основоположников совр. генетики. Постепенно формировалась хромосомная теория наследственности. В 1920 Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов наследственной изменчивости организмов. Экспериментально доказано влияние внешних воздействий на наследственные изменения - мутации. Высказана идея о том, что носитель наследственной информации - молекула ДНК (1944). Обоснована структура ДНК в виде двойной спирали, отдельные нити которой соединены комплементарно посредством четырёх азотистых оснований (Ф. Крик, Дж. Уотсон, 1953). Дальнейшие исследования на генетич. уровне позволили понять такой жизненно важный процесс, как биосинтез белков, выяснить роль аминокислот, ферментов и других соединений в обмене веществ, росте, развитии и дифференцировке клеток живых организмов, а также искусственно синтезировать гены и белки. Вершина таких исследований - расшифровка генома человека, которая завершена в 2000, сто лет спустя после подтверждения законов Менделя. По междунар. соглашению в этой работе нет приоритета конкретных авторов - результаты принадлежат всему человечеству.
Важнейшие достижения последних десятилетий 20 в. заложили надёжный фундамент для развития естествознания в 21 в. К таким достижениям относятся открытие высокотемпературной сверхпроводимости, создание химического и атомного лазеров, разработка технологии атомных размеров и др.
Сверхпроводимость была обнаружена еще в 1911 Х. Камерлинг-Оннесом для ртути, охлаждённой до температуры жидкого гелия (4,2 К). В 1986 Г. Берднорц и А. Мюллер открыли сверхпроводимость керамического вещества на основе оксидов меди при темп-ре 37 К (это явление названо высокотемпературной сверхпроводимостью). Критич. темп-ра перехода в сверхпроводящее состояние (на 1993) металлооксидного вещества составила около 170 К.
Химические лазеры отличаются от обычных тем, что превращают в когерентное излучение не энергию электрического источника, а энергию химической реакции. Такие лазеры могут обеспечивать сравнительно мощное излучение. Атомный лазер излучает не свет, а пучок атомов, обладающий необычным свойством - когерентностью, присущей волнам.
На технологии с атомным разрешением основана совр. наноэлектроника. Такая технология включает молекулярную эпитаксию, нанолитографию и зондовую микроскопию. Молекулярная эпитоксия позволяет сформировать одноатомный слой вещества. Разрешение электронно-лучевой нанолитографии достигает 1-10 нм. Методы зондовой микроскопии обеспечивают наблюдение с атомным разрешением. Совр. зондовая микроскопия применяется для определения электронной плотности проводников, топографии твёрдых материалов, строения молекул ДНК и т. п. Все это составляет фундаментальную базу для создания уникальных устройств, которые позволят более глубоко изучать свойства материальных объектов на атомном уровне.
Структура естествознания. К нач. 21 в известно множество естественных наук, отражающих сложную структуру естествознания. Иерархия и классификация естественных наук всегда интересовала учёных. Одну из первых классификаций провёл в начале 19 в. А. Ампер. Уже тогда общее число естественных наук составляло более 200. Естественно-науч. знания он представил в виде единой иерархической системы, в которой учитывалась практическая и познавательная значимость законов, идей, принципов и результатов эксперимента. В такой системе физика располагалась на первом уровне как наука более фундаментальная, химия - на втором, как бы основывающаяся на физике и т. д.
Позднее - в середине 19 в. - изучая историю развития естествознания, Ф. Кекуле предложил свою иерархию естественных наук в виде четырёх последовательных ступеней: механика, физика, химия, биология. В ней рассматривались молекулярная физика и термодинамика - как механика молекул, химия - как физика молекул и атомов, а биология - как химия белков и белковых систем.
Возможен и другой подход в определении структуры Е. с учётом свойств и специфики объектов исследований. Один из возможных вариантов такой структуры заключается в том, что все естественные науки можно разделить на две большие группы: науки о неживой природе и науки о живой природе. Такое раздвоение в какой-то степени отражает химия, которая подразделяется на неорганическую, где рассматриваются объекты неживой природы и органическую, где прослеживается путь к живой природе. Из объекта исследования органич. химии - органических веществ - можно получить биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты и др.), составляющих основу простых и сложных живых систем. Однако это не означает, что из искусственно синтезируемых органич. веществ, по химич. составу и свойствам совпадающих с существующими в живой природе, можно получить даже самую простую жизнеспособную систему - живую клетку. Зарождение жизни из неживой материи - одна из интереснейших и пока нерешённых проблем естествознания.
С учётом масштабности объектов исследования можно определить ещё одну иерархическую структуру Е.: астрономия - геология - география - биология. В астрономии изучают крупномасштабные объекты Вселенной: галактики, звёзды, планеты и их спутники, а объекты исследования геологии, географии и биологии связаны с планетой. В этой структуре не названы ни физика, ни химия, хотя очевидно, без этих естественных наук, без физич. и химич. методов невозможно решать задачи ни космологии, ни географии, ни геологии, ни биологии.
В основе дифференцирования Е. лежит его деление на естественно-науч. отрасли, в каждой из которых исследуется свой объект. Напр., в астрофизике исследуются объекты мегамира, в физике элементарных частиц - объекты микромира: протоны, нейтроны и т. п.
По мере совершенствования технич. средств эксперимента рождаются новые естественно-науч. отрасли. Так, несколько десятилетий назад в недрах химии родилась фемтохимия, в которой исследуется химич. процессы, протекающие с чрезвычайно высокой скоростью - в течение фемтосекунд (1 фс = 10-15с.).
Множество естественно-науч. отраслей объединяет биология - наука о живой природе, среди них - редко встречающиеся в повседневной жизни малакология - наука о моллюсках, арахнология - наука о пауках, териология - о млекопитающих, дендрология - о деревьях, кустарниках и др.
На совр. этапе развития Е. происходят не только дифференцирование, но и интеграция естественных наук. Появились такие науки как физическая химия, химическая физика, биофизика, геоботаника, космическая биология, биогеохимия и др. Это свидетельствует о взаимосвязи и взаимодополняемости естественных наук, между которыми нет чётких границ. При этом важную, определяющую роль играет физика: физические методы исследований используются почти во всех естественных отраслях. Среди множества естественных наук физика занимает особое место, её принято считать лидером естествознания. Слово "физика" появилось ещё в древние времена и в переводе с греческого означает "природа". Натурфилософское сочинение Аристотеля так и называется "Физика". Одна из главных задач физики - выявление самого простого и самого общего в природе. Под самым простым обычно понимают первичные объекты: молекулы, атомы, элементарные частицы и др., а под самым общим - движение, пространство и время, энергию и т. п. Физика изучает разнообразные явления и свойства объектов природы, при этом сложное сводится к простому, а конкретное к общему. Так устанавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях и в околоземном пространстве, но и во всей Вселенной. В этом заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной отрасли естествознания.
Вопросы иерархии и классификации естественных наук обсуждаются и по сей день. При этом рассматриваются разные точки зрения. Например, одна из них - все химич. процессы, свойства вещества и его превращения можно объяснить на основании физич. знаний - ничего специфического в химии нет. Другая точка зрения - каждый вид материи и каждая форма материальной организации (физическая, химическая, биологическая) настолько специфичны и обособлены, что между ними нет прямой связи. Конечно, такие полярные точки зрения далеки от истины. Вполне очевидно, несмотря на то, что физика - фундаментальная отрасль естествознания, каждая из естественных наук при одной и той же общей задаче изучения природы имеет свои вполне определённые объекты исследования и базируется на своих законах и принципах, не сводимых к законам и принципам других отраслей науки. В то же время сочетание всесторонних знаний, накопленных в течение длительного времени в разных отраслях Е., способствует его дальнейшему поступательному развитию.
Методологическая и познавательная роль естествознания. Методология Е. включает принципы построения, формы и способы естественно-науч. познания. Методологич. приёмы позволяют раскрыть простые и вместе с тем общие связи явлений объектов природы, их взаимообусловленность и тем самым понять глубинные процессы микро-, макро- и мегамира, которые отражают все естественные науки и среди них наиболее полно межотраслевые науки, например, молекулярная биология, биокибернетика, космохимия и др. Выяснение связей между материальной основой сознания и его механизмом функционирования затрагивает многие вопросы не только естественных, но и социальных наук.
Из систематизированных естественно-науч. знаний рождается метод - совокупность приёмов или операций, практич. или теоретич. деятельности. Неразрывная связь метода и теории выражается в методологич. роли фундаментальных естественно-науч. законов и теорий. Напр., законы сохранения в естествознании составляет методологич. принцип, в соответствии с которым необходимо их учитывать при теоретическом описании явлений и свойств объектов природы; рефлекторная теория высшей нервной деятельности служит одним из методов исследований поведения животных и человека. Характеризуя роль метода в научном познании, Ф. Бэкон сравнивал его со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте. В тоже время метод сам по себе не предопределяет успеха в том или ином естественно-науч. исследовании: важно не только выбрать проверенный практикой метод, но и умело им воспользоваться.
Многие методы разных отраслей естествознания не являются общими. В каждой отрасли естествознания со своим объектом и принципами исследования применяются специальные методы, вытекающие из конкретного понимания сущности познаваемого объекта.
В процессе развития Е. всегда возникал вопрос в какой мере можно доверять научным результатам, т. е. вопрос о достоверности научных результатов и качестве работы учёного. Приходится констатировать, что научная продукция на своём пути к истине переполнена множеством ошибок. Вне зависимости от характера и природы происхождения ошибочные результаты не только сдерживают поступательный процесс познания, но и могут в ряде случаев привести к авариям, катастрофам и трагическим последствиям.
Иногда результаты исследований оказываются ошибочными не в том объективном смысле, что некоторые утверждения и представления со временем дополняются, уточняются и уступают место новым и что все естественно-науч. экспериментальные результаты сопровождаются вполне определённой абсолютной ошибкой, а в гораздо более простом смысле, когда ошибочные формулы, неверные доказательства, несоответствие фундаментальным законам Е. и т. п. приводят к неправильным результатам.
Для проверки качества научной продукции проводится её контроль: экспертиза, рецензирование и оппонирование. Однако такой контроль далёк от совершенства. Можно привести не один пример, когда великие научные идеи отвергались как противоречащие общепринятым взглядам, - это и квантовая гипотеза М. Планка, и постулаты Н. Бора и др. Обобщая свой опыт участия в научной дискуссии и оценивая мнения многих оппонентов, М. Планк писал: "Великая научная идея редко внедряется путём постепенного убеждения и обращения своих противников, редко бывает, что Савл становится Павлом. В действительности дело происходит так, что оппоненты постепенно вымирают, а растущее поколение с самого начала осваивается с новой идеей...>>. Однако дискуссию по существу познаваемого объекта нельзя полностью исключать как одно из средств постижения истины. Вспомним известное изречение: в споре рождается истина.
В науке, и в особенности в Е., как и в других науках, есть внутренние механизмы самоочищения. Результаты исследований в областях мало кому интересных, конечно, редко контролируются. Достоверность их не имеет особого значения: они все равно обречены на забвение. Результаты интересные, полезные, нужные и важные волей-неволей всегда проверяются, и многократно. Например, "Математические начала натуральной философии" И. Ньютона, выдающегося английского учёного, не были его первой книгой, в которой излагалась сущность законов механики. Первой была книга "Мотус", подвергшаяся жёсткой критике его соотечественника Р. Гука. В результате дополнений и исправлений с учётом его замечаний и появился вышеназванный фундаментальный труд.
Известные способы контроля научной продукции малоэффективны, и для науки они не столь уж важны, может быть, в сущности и не нужны. Они нужны в большей степени обществу, государству, чтобы не тратить деньги на бесполезную работу исследователей. Множество ошибок в научной продукции свидетельствует о том, что приближение к научной истине - сложный и трудоёмкий процесс, требующий объединения усилий многих учёных в течение длительного времени. Около двадцати веков отделяют законы статики от правильно сформулированных законов динамики. Всего лишь на десятке страниц школьного учебника умещается то, что добывалось в течение двадцати веков. Действительно, истина гораздо дороже жемчуга.
Естественно-науч. знания играют важную и определяющую роль в процессе познания окружающего мира. "Что касается материальных наук, то они кажутся мне прямой дорогой к любой научной истине... Сумма знаний берет значительную долю своей ценности от идей, полученных путём проведения аналогий с материальными науками...", - утверждал Дж. К. Максвелл.
Одна из главных целей Е. заключается в познании истины. При таком утверждении можно предполагать, что истина существует вне зависимости от воли и цели познающего, и её надо найти как некое сокровище. Великий философ древности Демокрит еще в V в. до н. э. говорил: "Истина скрыта в глубине (лежит на дне морском)".
Что же означает открыть естественно-науч. истину в современном представлении? При ответе на этот вопрос возможны два взаимно дополняющих подхода: эмпирический и теоретический. Эмпирический подход заключается в установлении фактов посредством эксперимента или опыта с последующим их теоретическим обобщением, включающем количественное описание причинно-следственной связи полученных результатов эксперимента или опыта. При теоретическом подходе сначала устанавливается и количественно описывается причинно-следственная связь явлений либо свойств объектов природы, а затем полученные теоретические выводы подтверждаются экспериментом или опытом. Оба подхода часто переплетаются и завершаются оценкой истинности полученных результатов - определением относительности естественно-науч. истины.
Важнейшая задача естественно-науч. познания заключается в объяснении явлений, процессов и свойств объектов природы. Для объяснения, например, свойства познаваемого объекта необходимо, во-первых, понять, что является определяющим в нем, во-вторых, выяснить причину, обусловливающую это свойство и, в-третьих, определить его следствие. Что обычно подразумевает человек, утверждая: "Я понимаю свойство того или иного объекта"? Как правило, это означает, что он знает, чем обусловлено это свойство, в чем его сущность и к чему оно приведет, т. е. он может объяснить связь между причиной, сущностью познаваемого объекта и следствием. Количественное описание причинно-следственной связи служит основой научной теории. Такое описание в естественно-науч. познании базируется, как правило, на математическом аппарате с применением специальной терминологии, системы научных понятий, имеющих однозначный смысл и связанных между собой правилами логики. При этом учитываются известные законы, принципы, определения и проводится строгое логическое доказательство, приводящее к конкретным выводам.
Если при количественном описании используются не эмпирические факты, характеризующие явления либо свойство объектов природы, а аксиомы - недоказуемые положения, - то полученные (посредством доказательств в соответствии с правилами логики) результаты составляют сущность математической истины.
Для установления естественно-науч. истины количественного описания причинно-следственной связи (с полученными теоретическими утверждениями и выводами) недостаточно - необходимо подтвердить их экспериментом или опытом, т. е. связать с "действительным ходом вещей". Если эксперимент или опыт подтверждает теоретические результаты, то количественное описание причинно-следственной связи переходит из разряда гипотезы в научную теорию, а теоретические утверждения, подтверждённые экспериментом или опытом, представляют собой естественно-науч. истину. При эмпирическом познании результаты эксперимента или опыта вместе с их теоретическим обоснованием также составляют естественно-науч. истину.
Теоретическое описание с выводами, не подтверждёнными экспериментом или опытом, носит гипотетический характер. Только при доказательстве экспериментом или опытом из теоретического описания рождается истинная естественно-науч. теория. К сожалению, в настоящее время многие научные журналы, особенно отечественные, переполнены статьями с так называемыми теоретическими исследованиями, результаты которых редко когда находят экспериментальное или опытное подтверждение. Авторы таких статей относят свои теоретические упражнения к научной теории, к фундаментальной науке, хотя по своей сути они представляют собой описание гипотез с применением чаще всего сложного математического аппарата с запутанной схемой доказательств, и их вряд ли можно считать серьёзными фундаментальными исследованиями. Практическая значимость и полезность подобных исследований весьма сомнительна.
По мнению французского философа П. Гольбаха, "некоторые исследователи предпочитают бредни своего воображения и свои вздорные гипотезы настоящим экспериментам, которые только одни могут вырвать у природы её тайны; ...они привыкли считать эти гипотезы священными, общепризнанными истинами, в которых им не дозволено усомниться ни на мгновение; лишь только мы покидаем опыт, как ниспровергаемся в пустоту, где нас сбивает с пути наше воображение; ... будем остерегаться разгула воображения, возьмём в руководители опыт, обратимся к природе, постараемся почерпнуть в ней самой правильные понятия о заключающихся в ней предметах".
В современной научной сфере подобный разгул воображений в сочетании с математическими изысками становится серьёзным препятствием в развитии естественно-науч. познания, основу которого составляют эксперимент и опыт. Научная теория, эксперимент и опыт, или, в обобщённом понимании, наука и практика - это два кита, на которых держится ветвистое древо познания. "Влюблённый в практику без науки словно кормчий, ступающий на корабль без руля или компаса; он никогда не уверен, куда плывет... Наука - полководец, а практика - солдат", - сказал выдающийся итальянский учёный, живописец и скульптор Леонардо да Винчи.
Проведение эксперимента или опыта - это важнейший этап естественно-науч. познания. Эксперименты и опыты чаще всего включают измерения. Подчёркивая важную роль измерений, выдающийся российский учёный Д. И. Менделеев писал: "Наука началась тогда, когда люди научились мерить; точная наука немыслима без меры". Однако измерений абсолютно точных не бывает, как бы тщательно не проводился эксперимент или опыт. Неточность результатов эксперимента или опыта и, следовательно, относительность естественно-науч. истины обусловливается двумя факторами: объективным и субъективным.
Один из объективных факторов - динамизм познаваемого мира. Вспомним слова древнегреческого философа Гераклита: "Все течёт, все изменяется; в одну и ту же реку нельзя войти дважды". Действительно, свойства материальных объектов природы с течением времени изменяются. Хотя такие изменения за время проведения эксперимента или опыта как правило незначительны, все равно они не позволяют получить абсолютно точных результатов.
Другой объективный фактор неточности результатов эксперимента и опыта связан с несовершенством технических средств измерений. Чем выше чувствительность и разрешающая способность приборной техники, чем совершеннее методика экспериментальных измерений, тем ближе результаты эксперимента к естественно-науч. истине.
Можно назвать ещё один важный объективный фактор относительности естественно-науч. истины: ни одно явление природы, ни одно свойство объектов природы, ни одно эмпирическое обобщение нельзя выразить абсолютно точно даже в общепринятых понятиях и терминах. "Мысль изречённая есть ложь" - это глубокое философское обобщение, выраженное Ф.И. Тютчевым в замечательном стихотворении Silentium (Молчание), сознательно представляется или неосознанно чувствуется не только естествоиспытателем, но и всяким учёным, стремящимся познать истину. Ясное представление сущности познаваемого объекта, чёткие определения и понятия позволяют приблизиться к истине, и в этом отношении среди множества научных отраслей физика занимает лидирующее положение. "Основная философская ценность физики в том, что она даёт мозгу нечто определённое, на что можно положиться. Если вы окажетесь где-то не правы, природа сразу же скажет вам об этом. Каждый шаг этого познания истины оставляет более или менее представительный след в памяти, а полученные материалы более чем где-либо в другом месте пригодны для ответа на важный вопрос: откуда приходит знание? Я обнаружил, что все учёные, продвинувшие своими трудами науку (Гершель, Фарадей, Ньютон, Юнг), хотя и очень сильно отличались друг от друга по складу своего ума, имели чёткость в определениях и были полностью свободны от тирании слов, когда имели дело с вопросами Порядка, Законов и т. п. Этого никогда не смогут достигнуть литераторы и люди, занимающиеся только рассуждениями", - утверждал Дж.К. Максвелл.
Эксперимент и опыт проводит человек, органы чувств и интеллектуальные способности которого далеки от совершенства. Errare humanum est - ошибаться свойственно человеку (известное латинское выражение). Это и есть субъективный фактор относительности естественно-науч. истины. Например, человек посредством зрения способен воспринимать значительную часть информации об окружающем мире в чрезвычайно узком интервале электромагнитных волн - только в области видимого спектра. Это означает, что возможности органов зрения воспринимать информации в довольно широком диапазоне электромагнитных волн ограничены. Конечно, человек может воспринимать информацию и в радио-, и в рентгеновском, и в других диапазонах электромагнитных волн. Однако при этом используются технические средства, которые, как и любая измерительная техника, не позволяют получить абсолютно точных результатов.
Таким образом, субъективный и объективный факторы определяют относительность естественно-науч. истины. Можно говорить, кроме того, об относительной истине как отражающий объект познания не полностью, а в объективно обусловленных пределах. В то же время естественно-науч. истина хотя и относительна, но содержит элементы абсолютного знания. Абсолютная истина полностью исчерпывает объект познания.
Математическая истина также относительна: в математике кажущаяся абсолютность логически выведенных истин ограничивается рамками начальных условий, исходных аксиом и применяемых понятий.
Естественно-науч. истина всегда объективна по содержанию, но субъективна по форме как результат человеческого мышления.
Сформулируем три основных положения естественно-науч. познания:
- в основе естественно-науч. познания лежит причинно-следственная связь;
- критерий естественно-науч. истины - эксперимент, опыт;
- любая естественно-науч. истина относительна.
Этим положениям соответствуют три этапа естественно-науч. познания. На первом этапе устанавливается и количественно описывается причинно-следственная связь согласно принципу причинности. Процесс естественно-науч. познания представляет собой длинную цепь причинно-следственных связей, составляющих, кроме того, основу любых других видов деятельности человека.
Второй этап естественно-науч. познания заключается в проведении эксперимента и опыта. Естественно-науч. истина - это объективное содержание результатов эксперимента и опыта. Для всех естествоиспытателей эксперимент и опыт - высшая инстанция: их приговор не подлежит пересмотру.
Все естественно-науч. знания: экспериментальные результаты, понятия, идеи и даже законы - ограничены и относительны. Определение их границ соответствия истинным знаниям и их относительности - это третий этап естественно-науч. познания. Например, граница соответствия, называемая иногда интервалом адекватности, для классической механики означает, что её законы описывают движение макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Определение относительности экспериментальных результатов заключается в установлении интервала неточности, который сужается по мере совершенствования методов и технических средств эксперимента.
Естественно-науч. познание - это последовательное приближение к естественно-науч. истине. Оно освобождает человека от необдуманных, поспешных действий и поднимает его на новый виток развития цивилизации.
Познающий истину подобен человеку, восходящему к вершине крутой горы. Перед ним всегда два пути: либо, преодолевая трудности, постепенно, шаг за шагом приближаться к небу - тогда перед ним открываются все новые и новые горизонты, - либо спуститься на грешную землю.
Е. - методологич. основа философии. Естественно-науч. достижения служат фундаментальной платформой для многих философских концепций. Такие крупные открытия, как закон сохранения энергии, второе начало термодинамики, соотношение неопределённостей, клонирование, генетич. природа наследственности и др., представляют собой арену острой борьбы между сторонниками разных философских течений. Философское концептуальное обобщение естественно-науч. знаний играет важнейшую роль в формировании мировоззрения. Такой подход позволяет излагать в доступной форме фундаментальные законы и принципы, важнейшие естественно-науч. достижения, знание которых необходимо каждому образованному человеку. Концептуальный принцип изложения достижений науки о природе лежит в основе дисциплины "Концепции современного естествознания", включённой в государственные образовательные стандарты для студентов высших учебных заведений.
Литература
Карпенков С.Х. Естествознание. Большая российская энциклопедия. М.: БРЭ, 2007, N 9, с. 709 - 711.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - 11-е изд. М.: Кнорус, 2012.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. - М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Современные средства информационных технологий. М.: Кнорус, 2009.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум. - 5-е изд. М.: Высшая школа, 2009.
Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. - 4-изд. М.: Высшее образование, 2007.
Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. - М.: Агар, 1996.
Миллер Т. Жизнь в окружающей среде: В 3-х частях. Пер. с англ. / Под ред. Ягодина Г.А. - М.: Прогресс, Пангея, 1993 - 1996.
Карпенков Степан Харланович
Лауреат Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники, лауреат премии Правительства Российской Федерации в области образования, профессор, доктор технических наук
