Этапы развития естествознания

2.1. Ступени развития знания

Взаимодействие естественной магии с естествознанием. ô Связь традиционного знания с ритуалами, обрядами, табу. ô Магия и религия: преемственность и противостояние. ô Религия и естествознание: от противостояния к взаимной терпимости. ô. Специфика восточной преднауки. Отсутствие условий для перехода к научному этапу. ô Письменность. Её значение для развития естествознания.

До сих пор, говоря о донаучном и преднаучном этапах развития естествознания, мы не уточняли, в какую форму облекались существующие в них условия и элементы научного знания. Пришло время сказать об этом. Очевидно, что на этих этапах, то знание, которое можно было бы назвать естественным, должно было соответствовать данному мировоззрению и принимать соответствующие исторические формы. Предельно схематизируя это, можно выделить две формы функционирования естественного знания. На донаучном этапе – магия, на преднаучном – религия, точнее, схоластика.

От ранних цивилизаций, возникших на берегах Тигра, Евфрата и Нила (Вавилон, Ассирия, Египет), не осталось никаких свидетельств о достижениях в области физических знаний, за исключением знания овеществленного в архитектурных сооружениях и бытовых изделиях. Возводя различного рода сооружения, изготавливая предметы быта и оружие, люди использовали определенные результаты многочисленных физических наблюдений, технических опытов, их обобщений. Можно сказать, что существовали определенные эмпирические физические знания, но не было системы физических знаний.

Физические представления в Древнем Китае появились на основе различных форм технической деятельности, в процессе которых вырабатывались разнообразные технологические рецепты. Естественно, что, прежде всего, развивались механические знания. Так, китайцы имели представления о силе (то, что заставляет двигаться), противодействии (то, что останавливает движение), рычаге, блоке, сравнении весов (сопоставлении с эталоном). В области оптики китайцы имели представление об образовании обратного изображения в «camera obscura». Уже в VI веке до н. э. они знали явления магнетизма – притяжения железа магнитом, на основе чего был создан компас. В области акустики им были известны законы гармонии, явления резонанса. Но это были еще эмпирические представления, не имевшие теоретического объяснения.

В Древней Индии основу натурфилософских представлений составляло учение о пяти элементах – земле, воде, огне, воздухе и эфире. Существовала также догадка об атомном строении вещества. Были разработаны своеобразные представления о таких свойствах материи, как тяжесть, текучесть, вязкость, упругость, о движении и вызывающих его причинах. К VI в. до н. э. физические представления обнаруживают тенденцию перехода в своеобразные теоретические построения (в оптике, акустике)[i].

2.1.1. «Естественная магия»

Чтобы отличать магию, о которой говорится здесь, от её современного «коммерческого» варианта, назовём её «естественной магией». Она является обусловленным, закономерным и позитивным явлением в человеческой истории. На донаучном этапе развития естествознания просто не могло существовать знания, в иной альтернативной форме. Сведения о мире могли быть непротиворечиво соединены, обладать объяснительным и прагматическим статусом только в пределах естественной магии. Как известно, атрибуты магии призваны сверхъестественным образом воздействовать на мир. В основе ритуалов, видимо, лежит ложное причинно-следственное увязывание последовательных или параллельных явлений. Естественная магия могла зародиться только в среде первобытного сознания с его верой в возможность непосредственного магического воздействия на природу, которая исходит из чувства сопричастности с ней.

Естественная магия стремилась натурализовать человека, включить его действия в природные процессы. Именно она породила столь актуальное в современном естествознании представление о взаимодействии всех вещей, некий прообраз современной экологии. Естественная магия явно проявила себя в естествознании средневековья. Её элементы легли в основу алхимии, астрологии, герметизма. Влияние естественной магии особенно бурно проявилось в эпоху Возрождения расцветом магического натурализма. Только эти факты уже показывают, насколько значима историческая роль естественной магии в становлении научного естествознания. Следует отметить, что естественная магия не до конца растворилась в схоластике и научном естествознании. Она существует и сейчас, как способ освоения действительности сохранившимися первобытными обществами.

Можно сказать, что естественная магия явилась ответом человека, его интеллектуальной реакцией на окружающее многообразие событий. Поначалу он, наблюдая и анализируя смерть, галлюцинации, сновидения пришёл к идее души, а затем развил это в учение о духах. Представьте себе, что вы живёте в мире, который, как вы вдруг осознали, состоит из духовных существ, населяющих все предметы и явления. Они везде и они, как и люди в своих взаимоотношениях, способны или мешать, или помогать. Каким образом можно наладить оптимальные взаимоотношения с этим одушевлённым миром?

Очевидно, что теоретизировать по поводу этого мира бессмысленно. Познание может носить только практический характер. Кроме того, оно должно быть стереотипным и традиционным. Алгоритм несколько раз удачно проведенных действий не должен забываться. Практической реализацией этих требований являются обряды, ритуалы, табу. В них закрепляется традиционное практическое знание, необходимое для выживания. Мировоззренческий и познавательный аспекты бытия не говоря уж об экономических и социальных неразрывно соединены в пределах этих сакральных действий. Никакого разделения представлений о том, как устроен мир и знанием об этом устройстве не существует. Это мировоззренческое единство разрушалось по мере дальнейшей эволюции знаний.

2.1.2. Магия и религия

Как мифологическое сознание заменяется религиозным, как донаучный этап развития естествознания сменяется преднаучным, так и естественная магия сменяется религией. Однако в религии, мы говорим, конечно, о монотеизме, мировоззренческий и познавательный аспекты разводятся. На первое место выходит мировоззренческий аспект, основанный на догматах веры. Единство знания и мировоззрения разрушено или, иначе, знание узурпировано верой. Они перестают соотноситься в качестве равных долей. Натурализму естественной магии противопоставлен рационализм религии.

Тем не менее, между верой и знанием в пределах религии изначально существует раскол. Схоластика выступает в качестве познавательного прикладного аспекта религии, подчиняющего, соединяющего и перерабатывающего всё знание, возникающее на преднаучном уровне. Развод веры и знания, равно как и возникновение схоластики создавали предпосылки для развития естествознания. Возникала принципиальная возможность, вывести знание за пределы веры, сделать его научным.

Преемственность религии по отношению к магии заключается в принятии и развитии ритуалов, обрядов и моральных запретов. В то же время из них удаляется всё практическое знание. Эти атрибуты в религии становятся значимыми сами по себе, как внешние формы реализации веры, как способ осуществления связи со сверхъестественным существом. Кроме того, из воспринятых религией сакральных форм магии беспощадно удаляется сама возможность мысли о том, что человек способен через некие практические действия оказать непосредственное действие на природу. Религия вводит посредника – Бога во взаимоотношения человека с окружающим, исключая возможность непосредственного влияния человека на мир. Такой подход вполне понятен. Допустить такую возможность означало бы признать за человеком функции Бога.

Религия испытывает родовую неприязнь по отношению к эмпирическому знанию. Развитие преднаучного естествознания в форме схоластики не случайно. Схоластика предельно рационализирует знание, вычищая из него эмпирические намёки. Появление последних в поздней схоластике свидетельствует о кризисе. Такое увлечение метафизикой объяснимо. Догмы – это не упрямые факты. Достаточно их принять и можно логически вывести что угодно.

Сказанное отнюдь не умаляет значения схоластики в развитии естествознания. Ещё в начале ХХ века Пьером Дюгемом были проведены исследования и на их основании выдвинута идея о непрерывности перехода от схоластического мышления средних веков к науке XVII века. Эта идея получила развитие в истории науки в результате исследований в области восприятия и методологии, характерных для эпохи средневековья, а также традиций преподавания аристотелевской логики в университетах эпохи Возрождения. Например, в XVI веке курсы логики и натуральной философии блестяще читались иезуитами в их знаменитых коллегиях[ii].

Таким образом, схоластика была тем преднаучным состоянием естествознания, где постепенно формировались основы науки.

2.1.3. Религия и естествознание

Знание научное и знание религиозное несовместимы, так как их познавательные установки совершенно противоположны. Можно привести много примеров, подтверждающих этот тезис. Противоположность проявляется во всём: в процедурах познания, в отношении к исследованию, к его эмпирическим и теоретическим основаниям, в трактовке истины и т. д. Но попробуем выделить наиболее простое и общее различие религии и естествознания. Полагаю, что его можно выразить следующим тезисом: в научном естествознании не существует абсолютной истины. Любая истина только результат, который преодолевается. В религии есть абсолютная истина, которая не может быть ни преодолена, ни отменена, ни при каких условиях – это Бог.

Однако даже такое радикальное противоречие не прерывает глубокой исторической связи естествознания и религии. Примером может служить схоластика, о роли которой в формировании естественнонаучного знания мы говорили выше.

Проблему противостояния науки и религии сегодня вряд ли можно назвать актуальной. Все «великие битвы» между ними остались в истории, и граница определилась. Преимущество на стороне науки. Но оно не абсолютно. Естественнонаучный опыт не в состоянии полностью заменить мировоззрение и вот здесь религия едва ли не на равных начинает конкурировать с естествознанием. Научная картина мира не в состоянии удовлетворить все умы. В ней много пробелов. Она не гарантирует ни душевного спокойствия, ни веры в абсолют. Кроме того, наука – это такая сфера деятельности, которая в силу интеллектуальной сложности не может быть делом многих. Попытка популярно представить научное мировидение также имеет свои пределы, выход за границы которых недопустим.

В то же время, несмотря на все недостатки, научное естествознание практически доказало свое преимущество перед умозрительной религией. Техника красноречивее любых слов характеризует её возможности. Ситуация изменилась. Если в эпоху теоцентризма знание подчинялось диктату догм религии, то теперь религия «подгоняет» свои догмы под фундаментальные научные открытия.

Для многих людей подход, в котором совмещаются авторитет религии, и возможности научного естествознания, является наиболее приемлемой формой мировоззрения. Он позволяет удовлетворить несколько крайне необходимых для любого человека потребностей. Первая из них – это потребность в вере, проистекающая из естественной психологической установки строить свои отношения с окружающим на каком-то прочном основании. Это основание даёт религия. Вторая – это потребность в понимании. Человек не может существовать в непонятном необжитом мире. Наука через технологии превращает труднодоступную для понимания ткань мироздания в элементарную фактуру быта. В итоге формируется современный вариант мировоззрения, который удовлетворяет потребность в вере и потребность в понимании.

В этом процессе чувствуется определённая закономерность и, очевидно, к данному синтезу следует относиться спокойно, поскольку современное соотношение позиций науки и религии таково, что никакой речи о совершенно неприемлемом для науки идеологическом диктате быть не может. В то же время, вероятно, религия как-то по-своему способна заполнить духовные пустоты, которые неизбежно образуются в миропонимании при научном освоении действительности.

2.1.4. Специфика восточной преднауки

В своё время восточная преднаука не смогла преодолеть рубеж, отделяющий её от науки. Не смогла она этого сделать во многом из-за отсутствия относящихся к преднауке предпосылок психологического, экономического, социального, культурного характера. Ретроспективный взгляд на историю даёт возможность определить, почему соответствующие предпосылки не возникли на Востоке.

Древние восточные царства представляли собой централизованные государства, в которых религиозная и светская власть были сосредоточены, иногда формально, в руках царя, фараона и т. д. Экономика чаще всего представляла собой орошаемое земледелие и скотоводство. По сути дела, экономика этих государств была одним большим хозяйством номинально принадлежащим одному человеку. Контроль и учёт в нём требовал содержания огромной армии чиновников. Подчинение этой огромной массы людей единоначалию требовало как содержание мощного репрессивного аппарата, так и многочисленных жрецов, обеспечивающих идеологическую монолитность общества.

Какие элементы науки могли развиться в данных условиях? Очевидно, только те, которые не могли повлиять на устойчивость существующих мировоззренческих, социальных и экономических отношений. То есть изначально развитие естествознания ставилось под полный контроль государства. Этот тотальный контроль был крайне необходим, так как власть, основанная в виде пирамиды, устойчива, когда она монолитна. В таких условиях могли развиваться только те научные элементы в астрономии, геометрии, арифметике, которые можно было вписать в нормы существующих мировоззренческих и социокультурных отношений. Можно констатировать, что в таких обществах отсутствовали такие важные для выхода за пределы преднауки социокультурные импульсы, как разнообразие и свобода.

Разумеется, это ни коей мере не говорит об ущербности восточного стиля мышления, но указывает на то, какую роль в формировании облика данной культуры играет комплекс условий, который начинается с совокупности условий ландшафта и климата и заканчивается условиями социокультурного характера. Их воздействие оказывается достаточным, чтобы определить характер взаимоотношений человека с окружающим миром на уровне естественнопознавательного отношения. Оказалось, что комплекс условий развития знания, сформировавшийся на Востоке, сыграл весьма негативную роль в формировании структур научного естествознания. Социокультурные факторы выступили в роли цензора, определившего будущее восточной преднауки. Несмотря на долгую историю развития познания и накопленные знания, восточная преднаука так и не смогла преодолеть барьер практицизма, уничтожившего в конечном счёте потенциал поступательного движения вперёд.

2.1.5. Письменность

Трудно переоценить значение изобретения письменности для развития культуры в целом и естествознания в частности. Это означало, что создан механизм накопления и сохранения информации, без которого говорить о развитии естествознания бессмысленно. Только с возникновением письменности появилась возможность продолжить процесс идеализации, начатый естественным языком, вплоть до создания специальных языков науки.

Под письменностью понимается совокупность письменных средств общения, включающих графику, алфавит и орфографию какого-либо языка, или группы языков, объединённых одним алфавитом, например, английская, арабская, русская. Письмо представляет знаковую систему фиксации речи, позволяющей с помощью графических элементов передавать речевую информацию на расстоянии и закреплять её во времени.

Существует четыре основных типа письма – идеографический, словесно-слоговый, силлабический и алфавитный. Родоначальником всех современных видов алфавитного письма является древнесемитское (финикийское) письмо, существовавшее во 2 половине 2 тысячелетия до н. э. Его происхождение точно не установлено. Предположительно, оно возникло из финикийского (прото-библского) силлабического письма.

Письменность раннеисторического периода состояла из конкретных изображений. В результате убыстрения письма эти изображения упрощались и постепенно превратились в абстрактные знаки, соответствующие отдельным словам, затем слогам и, наконец, отдельным звукам. Были алфавиты только из согласных и гласных. Текст был поделён на слова и предложения, появились цифры. Возникли надписи, высеченные на памятниках, книжный шрифт, бытовые и рукописные шрифты. Все они были только прописными. Писали сверху вниз, справа налево, зигзагом, а также слева направо.

Клинопись, предположительно возникшая у шумеров, служила вавилонянам. Персы, ассирийцы и хетты переняли этот шрифт, сохранив, однако, свой язык. До нас дошли надписи на камне, вырезанные из камня печати, оттиски крупных печатей на строительных кирпичах и множество глиняных дощечек с клинописными текстами.

Иероглифы, ранний изобразительный шрифт египтян, включал до 500 знаков, соответствовавших слогам и отдельным звукам. Иероглифы вырезали на камне, изображали на стенах и различных предметах или на папирусе. Так как иероглифы писали тростниковыми палочками или трубчатыми перьями и чернилами, они постепенно превратились в курсив (куррере – бежать). Строки писались сверху вниз, справа налево и наоборот.

Иератический шрифт образовался на основе иероглифов. В результате быстрого написания изображения были очень упрощены и изменены.

Демотический шрифт – последующая ступень обобщения. Первоначальные иероглифы – знаки совершенно видоизменились. Ныне мы можем расшифровать и прочитать почти все виды египетского письма.

Финикийский шрифт состоит из 22 знаков, соответствующих согласным звукам. Гласные звуки произносились, но не писались. Направление письма справа налево. Возникновение этого вида письма не выяснено. Знаки финикийского письма целиком были переняты греками.

Греческий алфавит, как и финикийский, состоит из заглавных букв. Знаки, обозначавшие финикийские согласные, чуждые греческой фонетике, греки использовали для обозначения гласных звуков. В 5 веке до н. э. возник ионический шрифт – самая совершенная система знаков с геометрическими элементами. Германское руническое письмо на развитие буквенного алфавита влияния не оказало.

Латинский алфавит основан на греческом с добавлением знаков для отсутствовавших в греческом языке звуков. Законченность формы знаков демонстрирует высеченная на камне надпись прямым капитальным шрифтом – прописными знаками антиквы, а так же оттиски с печатей – гротесковая форма знаков (без засечек). Знаки были только прописные. Еще не было междусловных пробелов, писали слева направо. С этого времени латинский шрифт распространяется по всему миру. Дальнейшее развитие антиквы – изменение ее формы в духе времени.

Шрифт Рустика («крестьянский») писался пером в наклонном положении. Буквы писались быстрее, теснее, и поэтому шрифт отличался тонкими прямыми вертикальными штрихами и жирными засечками-серифами (прописной шрифт).

Фрактура – придворный шрифт времен императора Максимилиана. Для этого шрифта характерны хоботообразные завитки элементов прописных букв и спиральные росчерки в духе рукописных шрифтов[iii].

2.2. Естественнонаучные аспекты античной

натурфилософии

Евклидова геометрия – первая стандартная научная теория. ô Древнегреческие атомисты: атомистическое учение Левкиппа, Демокрита, Эпикура. ôМеханика Архимеда: статика, гидростатика, баллистика. ô Становление античной астрономии: Аристарх Самосский (идея гелиоцентризма). Гиппарх: его вклад в развитие астрономии. Птолемей: геоцентрическая система (Альмагест).

В свете современных историко-научных исследований считается, что основы теоретического физического знания закладывались в эпоху античности в Древней Греции и других странах Средиземноморья. Государственное устройство типа рабовладельческой демократии, относительная терпимость к выбору религиозных верований позволяли обсуждать проблемы естествознания и осуществлять разграничение науки и религии при решении этих проблем. Это способствовало появлению сначала различных натурфилософских концепций на основе наблюдений и экспериментов, затем разработке теоретических физических концепций.

Из-за низкого уровня техники, существовавшей недооценки количественных расчетов и отстраненности потребностей рабовладельческого производства от достижений науки, эксперимент в эпоху античности не стал ни методом систематической проверки получаемых знаний, ни основным источником знаний эмпирических. Но постепенно на смену мифологическим объяснениям явлений действительности стали приходить попытки их научного обоснования. Основной вопрос, занимавший мыслителей в это время, был вопрос о соотношении единого и многого (иначе говоря, вопрос о том из какого начала образовалось окружающее нас многообразие вещей).

2.2.1. Евклидова геометрия – первая стандартная

научная теория

Евклид, древнегреческий математик. Сведения о времени и месте его рождения до нас не дошли, однако известно, что Евклид жил в Александрии и расцвет его деятельности приходится на время царствования в Египте Птолемея I Сотера. Известно также, что Евклид был моложе учеников Платона, но старше Архимеда, так как, с одной стороны, был платоником и хорошо знал философию Платона (именно поэтому он закончил «Начала» изложением так называемых платоновых тел, то есть пяти правильных многогранников), а с другой стороны, его имя упоминается в первом из двух писем Архимеда к Досифею «О шаре и цилиндре». С именем Евклида связывают становление александрийской математики (геометрической алгебры) как науки.

Прокл в комментариях к первой книге «Начал» приводит известный анекдот о вопросе, который будто бы задал Птолемей Евклиду: «Нет ли в геометрии более краткого пути, чем (тот, который изложен) в «Началах»? На что Евклид якобы ответил, что «в геометрии не существует царской дороги» (аналогичный анекдот рассказывается также об Александре и ученике Евдокса Менехме, так что он принадлежит, видимо, к числу «бродячих сюжетов»).

Из дошедших до нас сочинений Евклида наиболее знамениты «Начала», состоящие из 15 книг. В 1-й книге формулируются исходные положения геометрии, а также содержатся основополагающие теоремы планиметрии, среди которых теорема о сумме углов треугольника и теорема Пифагора. Во 2-й книге излагаются основы геометрической алгебры. 3-я книга посвящена свойствам круга, его касательных и хорд. В 4-й книге рассматриваются правильные многоугольники, причем построение правильного пятнадцатиугольника принадлежит, видимо, самому Евклиду. Книга 5-я и 6-я посвящены теории отношений и ее применению к решению алгебраических задач. Книга 7-я, 8-я и 9-я посвящены теории целых и рациональных чисел, разработанной пифагорейцами не позднее V в. до н. э. Эти три книги написаны, по-видимому, на основе не дошедших до нас сочинений Архита. В книге 10-й рассматриваются квадратичные иррациональности и излагаются результаты, полученные Теэтетом. В книге 11-й рассматриваются основы стереометрии. В 12-й книге с помощью метода исчерпывания Евдокса доказываются теоремы, относящиеся к площади круга и объему шара, выводятся отношения объемов пирамид, конусов, призм и цилиндров. В основу 13-й книги легли результаты, полученные Теэтетом в области правильных многогранников. Книги 14-я и 15-я не принадлежат Евклиду, они были написаны позднее: 14-я во 2 в. до н. э., а 15-я в 6 в.

Вторым после «Начал» сочинением Евклида обычно называют «Данные», представляющие собой введение в геометрический анализ. Ему также принадлежат «Явления», посвященные элементарной сферической астрономии и такие фундаментальные исследования, как «Оптика» и «Диоптрика». В своей оптике он исходил из пифагорейской теории, согласно которой лучи света – прямые линии, простирающиеся от глаза к воспринимаемому предмету. Небольшой трактат «Сечения канона» содержит десять задач о музыкальных интервалах, сборник задач по делению площадей фигур «О делениях» дошел до нас в арабском переводе. Изложение во всех этих сочинениях, как и в «Началах», подчинено строгой логике, причем теоремы выводятся из корректно сформулированных физических гипотез и математических посылок. В «Началах» Евклида завершена античная математика, как стройная наука, исходящая из определений, постулатов и аксиом. Математика Евклида – вершина древнегреческой дедуктивной науки. Она резко отличается от ближневосточной математики с её практической ограниченностью. Много произведений Евклида утеряно, об их существовании в прошлом нам известно только по ссылкам в сочинениях других авторов[iv].

2.2.2. Древнегреческий атомизм

Левкипп выдвинул основные принципы атомистической философии. Он утверждал о существовании бесчисленных постоянно движущихся элементов – атомов, имеющих бесконечное множество форм, так как видел в вещах постоянное возникновение и изменение. Левкипп, возможно впервые в античной философии, допускает существование пустоты.

Демокрит имел взгляды на сущность бытия, тождественные взглядам Левкиппа и развил идеи об атомах и пустоте в логическую, последовательную систему. Согласно Демокриту, Вселенная – это движущаяся материя, атомы веществ и пустота. Пустота так же реальна, как и бытие. Вечно движущиеся атомы, соединяясь, создают все вещи, их разъединение приводит к гибели и разрушению последних. Категория пустоты, небытия дала возможность объяснить возникновение и изменение вещей. Понятие пустоты привело к понятию пространственной бесконечности. Атомы характеризуются формой, порядком, положением и величиной. Демокрит утверждает, что атомы сами по себе неизменны, были, есть и будут постоянно теми же самыми. Концепция атомизма содержит, таким образом, представление о несотворимости и неуничтожимости материи.

Атомы, по Демокриту, бесконечны, если речь идёт об их величине, числе и различии форм. По сути, он, таким образом, формулирует принцип бесконечности материи. Качественно новым в античном мышлении является Демокритово понимание бесконечности, неуничтожимости и несотворимости Вселенной, убеждённость в существовании бесконечного множества миров, которые возникают и гибнут и наш мир лишь один из многих, сотворённых атомами. Демокрит новым для античности способом решает проблему движения. Движение присуще атомам в естественном состоянии в пустоте. Оно передаётся столкновением, всегда есть и является источником любого развития. Основываясь на атомистическом учении, Демокрит понимает причинность как абсолютную необходимость. Развитие Вселенной, порядок мира, все, в сущности, определено механическим движением атомов. Поэтому в его системе нет места объективному существованию случайности. «Случайность», по Демокриту, объясняется незнанием причин определенного явления[v].

Выдающийся мыслитель эллинистического периода Эпикур (342-271 до н. э.) продолжил и в какой-то степени развил атомистическое учение Левкиппа и Демокрита. Дополнительно к таким свойствам атомов, как величина, форма и положение в пространстве он приписывает ещё одно свойство – тяжесть. В отличие от Демокрита, который приписывает атомам только прямолинейное движение, он признаёт закономерным и отклонение от него. Несмотря на кажущуюся простоту такого добавления к свойствам, это ведёт к серьёзным последствиям. Во-первых, возникает соответствующее современному взгляду представление о хаотическом движении частиц вещества. Во-вторых, исключается, столь характерный для Демокрита, абсолютный детерминизм в объяснении причинно-следственных явлений. Эпикур принимает случайность как объективность, не исключая, одновременно, причинного объяснения, которое представляет собой постижение внутренней причинной взаимосвязи явлений, основанной на соотношении свободы и необходимости[vi].

2.2.3. Механика Архимеда[vii]

Эпоха эллинизма характеризовалась наибольшим вкладом в развитие физики со стороны механики. Потребности в создании различного рода технических устройств (строительных, военных и т. д.) выдвигали на первый план вопросы статики.

Архимед, создав теорию рычага, заложил основы статики. Строительная и военная техника основывались на рычаге, позволявшем перемещать в пространстве тела большого веса при относительно небольших усилиях. Проблема рычага явилась обобщением эмпирически освоенных приемов его использования в разных областях деятельности. В своих трудах «О равновесии плоских тел и центрах тяжести плоских фигур» и не дошедшем до нас «О весах» Архимед изложил основные постулаты теории рычага:

1. Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на неравных же длинах не уравновешиваются, но перевешивает тяжесть на большей длине.
2. Если при равновесии тяжестей на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-то прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к которой было прибавлено.
3. Точно так же, если от одной из тяжестей будет отнято что-нибудь, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, от которой не было отнято.
4. Если две величины уравновешиваются на каких-нибудь длинах, то на тех же самых длинах будут уравновешиваться и равные им.

Исходя из этих, многократно проверенных на практике, постулатов, Архимед формулирует закон рычага в виде следующих теорем:

1. Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах, обратно пропорциональных тяжестям.
2. Если величины несоизмеримы, то они точно так же уравновесятся на рычагах, которые обратно пропорциональны этим величинам.

Дав определение центру тяжести тела как расположенной внутри его точки, при подвешивании за которую оно останется в покое и сохранит первоначальное положение, Архимед определил центры тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции и других фигур.

Архимед явился также основоположником и гидростатики, законов плавающих тел. Этому был посвящен его труд «О плавающих телах». Гидростатика использовалась при определении плотности тел путем взвешивания их в воде и при определении грузоподъемности корабля. Логическая схема обоснования законов гидростатики отличалась от схемы обоснования закона рычага.

Вначале Архимед формулирует предположение о внутренней структуре жидкости, а затем формулирует ряд теоретических следствий, вытекающих из данного предположения. Архимед исходит из того, что поверхность всякой неподвижно установившейся жидкости будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли. Жидкость по своей природе такова, что из её частиц, расположенных на одинаковом уровне и прилежащих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными, следовательно, каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся над ней по отвесу, если только жидкость не заключена в каком-нибудь сосуде и не сдавливается еще чем-то другим. Следствия из этой гипотезы, выводимые математически, таковы:

1. Тело, равнотяжелое с жидкостью, будучи опущено в эту жидкость, погружается так, что никакая его часть не выступает над поверхностью жидкости, и не будет двигаться вниз.
2. Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, не погружается целиком и некоторая его часть остается над поверхностью жидкости.
3. Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, погружается настолько, чтобы объем жидкости, соответствующий погруженной части тела, имел вес, равный весу всего тела.
4. Тело, более легкое, чем жидкость, опущенное в эту жидкость силою, будет выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела.
5. Тело, более тяжелое, чем жидкость, опущенное в эту жидкость, будет погружаться, пока не дойдет до самого низа, и в жидкости станет легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела.

В более кратком виде закон Архимеда формулируется следующим образом:

• на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.

Данный закон оказался справедливым и для газа. Одним из первых случаев практического применения данного закона была проверка состава короны, изготовленной для сиракузского царя Гиерона. На основе того, что короной вытеснялось большее количество воды, чем золотым слитком Архимед установил, что корона состоит не из чистого золота, а из сплава[viii].

2.2.4. Становление астрономии

Гиппарх из Никеи (190 – 125 гг. до н. э.) выдающийся древнегреческий астроном, которому также часто приписывают реформирование астрологии. Вёл первые систематические астрономические наблюдения. Наблюдение новой звезды (134 г. до н. э.) побудило его к созданию звёздного каталога, который был использован впоследствии Птолемеем. Этот каталог содержит положения 850 звёзд, разделённых по степени яркости на 6 звёздных величин. Путём сравнения найденных им точек расположения звёзд с теми, которые были обозначены в других каталогах, Гиппарх открыл явление прецессии равноденствий.

Он исследовал видимое движение Солнца и Луны и составил таблицы этого движения. Рассчитал аномалии солнечного движения и объяснил их тем, что Солнце проходит эксцентрический путь вокруг Земли. Он также вычислил с большой точностью наклонение эклиптики; определил с ошибкой менее 5% расстояние от Земли до Луны и неточно – от Земли до Солнца; вычислил продолжительность тропического года как равную 365 суткам 5 ч 55 мин (истинная продолжительность – 365 суток 5 ч 48 мин 46 с) и продолжительность синодического месяца, получив значение 29 суток 12 ч 44 мин 2.5 с, которая лишь на 1 с меньше истинного; разработал теорию затмений; ввёл географические координаты – широту и долготу; заложил основы тригонометрии, в частности, разделив окружность на 360°, поделённых, в свою очередь, на минуты и секунды; изобрёл новые инструменты. Он повысил точность наблюдений, применив крест нитей для наведения на светило в угломерных инструментах – секстантах и квадрантах. Сочинения Гиппарха до нас не дошли, кроме комментариев к астрологической поэме Арата. Сведения о работах Гиппарха приведены в сочинении К. Птолемея «Альмагест».

Гиппарха называют отцом научной астрономии. Большинство своих исследований он провел в Александрийской обсерватории, построенной на острове Самос. Гиппарх первым установил наклон плоскости лунной орбиты к плоскости эклиптики – примерно 5°. Он же открыл, что Узлы Луны непрерывно перемещаются с востока на запад, совершая полный оборот за 18.6 лет. Также он обнаружил, что линия апсид лунной орбиты подвижна и полный оборот совершает за 8.85 г. (цикл Лилит).

Гиппарх и другие астрономы древности уделяли много внимания наблюдениям движений планет. Наблюдаемое с Земли движение планет довольно сложно: скорость планеты то увеличивается, то уменьшается, временами она и вовсе останавливается, после чего начинает двигаться в обратном направлении. При этом планета иногда описывает на небе петли. Эта сложность, как сейчас мы знаем, является результатом того, что наблюдения ведутся с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца.

Гиппарх же, считавший Землю неподвижной, полагал наблюдаемое движение планет реальными. В объяснении движения планет он следовал теории эпициклов. Теория эпициклов давала с известным приближением чисто формальное, геометрическое представление о движении планет[ix].

Первая гелиоцентрическая система. Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира.

Так, Гераклит Понтийский (388 – 315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля движется «…вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.

Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (ок. 320 до н. э., Самос, Греция – 250 до н. э., Александрия, Египет). Архимед в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»), обращаясь к Гиерону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:

«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет форму шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих «Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая это представление, приходит к заключению, что мир больших размеров, чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности».

Таким образом, примерно за полторы тысячи лет до Николая Коперника Аристарх Самосский развил идею гелиоцентризма на основе космологических вычислений. Он пытался установить основные параметры Солнечной системы. В частности вычислить, во сколько раз Солнце отстоит дальше от Земли, чем Луна, во сколько раз диаметр Солнца больше диаметра Луны, во сколько раз радиус лунной орбиты больше радиуса Луны, во сколько раз диаметр Земли больше диаметра Луны и т. д. При проведении наблюдений Аристарх допустил грубые ошибки. Но они носили количественный характер и не отменяли его гелиоцентрические выводы.

В сохранившемся сочинении Аристарха «О величине и расстоянии Солнца и Луны» даётся остроумный способ определения расстояния от Солнца и Луны до Земли посредством угла, составленного линиями зрения от глаза к Солнцу и Луне в тот момент, когда она наполовину освещена. Исходя из полученных данных, Аристарх, без применения тригонометрических функций установил, что расстояние от Солнца до Земли в 19 раз больше (вместо 370), чем расстояние от Луны до Земли, и что диаметр Солнца в 6.75 раз (вместо 109) больше земного[x].

Евктемон – древнегреческий астроном V в. до н. э. Жил и работал в Афинах. Евктемон – первый астроном, введший тропическое деление Зодиака. Основываясь на наблюдениях летнего солнцестояния в 432 г. до н. э., он опубликовал парапегму, т.е. звёздный календарь, в котором были отмечены равноденствия и солнцестояния, годовые восходы и заходы неподвижных звезд, и соответствующие погодные указания. Он разделил солнечный год на 12 «месяцев», определяемых 12 знаками Зодиака.

Солнечный год Евктемона начинался с летнего солнцестояния. Первые пять «месяцев» имели по 31 дню каждый, следующие семь – по 30 дней. Следовательно, он полагал, что Солнце проходит одну часть Зодиака с постоянной скоростью 30° за 31 день, а оставшуюся часть – со скоростью 30° за 30 дней.

Птолемеева система мира – геоцентрическая система мира, в которой планеты располагаются по мере удаления от Земли в следующем порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Для объяснения видимого движения планет Птолемей разработал теорию деферентов и эпициклов, подробно изложенную в работе «Альмагест». Схема Птолемея – один из первых образцов теоретической организации естественнонаучного знания. В основу его теории положена кинематическая модель, объяснявшая иррегулярности в движениях планет. Эта модель позволяла с применением тригонометрии предсказывать положение небесного тела в любой момент, в то время как астрономы Древнего Египта и Вавилона не строили математических моделей космоса и предсказывали положение небесных тел на основе арифметических операций. Модель Птолемея была свободна от произвольных теоретических конструкций, характерных для аристотелевской модели, которая включала «перводвигатель», более 50 вещественных сфер и т. п[xi].

2.3. Значение арабской системы знаний

в истории естествознания[xii]

Физические достижения арабского средневековья. ô Разум – орудие постижения истины. ô Механика и оптика: Ал-Бируни, Ибн Рушд, Авиценна, Ал-Фараби, Ал-Кинди ô Астрономия арабо-мусульманского средневековья: астрономия «народная» и математическая. ôАл-Бируни, Ал-Фараби.

Внутренние (непроизводительный рабский труд, презрение свободных граждан к труду, восстание рабов) и внешние (нашествие варваров) причины привели к распаду Римское государство. Античная цивилизация погибла, многие культурные и научные достижения были утрачены. Как организованная сила сохранилось христианская церковь, сумевшая быстро приспособиться к происшедшим изменениям. Постепенно создавались школы, колледжи, университеты, попавшие под влияние церкви.

В это время на Аравийском полуострове на основе ислама было создано сильное арабское государство, быстро завоевавшее Иран, Египет, страны Среднего Востока, юг Пиренейского полуострова. Поскольку основной задачей арабов было совершенствование военного дела, сбор даней и разнообразных податей, то производством, торговлей занимались представители коренных народов. И хотя арабский язык стал государственным языком, завоеватели сохраняли культуру завоеванных народов. На арабский язык были переведены труды античных авторов.

Стали создаваться университеты в Кордове (755 г.), Багдаде (795 г.), Каире (972). Таким образом, арабы в VII- XI вв. были звеном, связывающим восточную и западную культуру. Многие труды античных авторов на латинский язык переводились с арабского языка. Тот факт, что в качестве языка культурного общения на Арабском Востоке использовался живой разговорный язык, а не мертвый латинский (как в Европе), был важным культурным фактором. На Арабском Востоке могли развиваться научные представления, в основе которых лежало научное наследие античности. Начавшись с комментариев трудов античных авторов (прежде всего в области механики и оптики), физические учения приобретали самостоятельный вид. Наиболее значительными фигурами среди арабских ученых были Ибн Сина, Ал-Бируни и Ибн Рушд.

На протяжении 350 лет с 750 до 1100 г. – мусульманские учёные не имели себе равных в мире. В этот период учёные – мусульмане занимали ведущие позиции в области естественных, точных и общественных наук. В Европу научная культура мусульманского мира проникла через Испанию и Сицилию. В следующие 250 лет учёные Запада догнали своих исламских коллег. С возникновением могущественных мусульманских империй (Османы в Турции, Сефевиды в Иране, Великие Моголы в Индии) развитие науки в некогда блистательном мире ислама было заторможено. В 1485 г. султан Баязид II ввёл запрет на выпуск и распространение любой печатной продукции. В 1515 г. его преемник Селим I последовал тому же примеру. Первая типография, выпускавшая издания на турецком и арабском языке, была организована в Стамбуле турком Саидом Эфенди лишь в 1728 г.

2.3.1. Физические достижения арабского средневековья[xiii]

Перечень физических достижений арабского средневековья можно начать с того, что, например, Ал-Бируни изобрел «конический прибор», позволявший определять плотность металлов и других веществ, причем с весьма высокой точностью. Ибн Рушд, известный в Европе под именем Аверроэс, дал комментарий к «Физике» Аристотеля. В античной механике проблемы различия между кинематикой и динамикой не существовало. В античной механике математической формулировки скорости движения не было, ибо само представление о возможности количественной оценки качественной определенности отсутствовало (Аристотель эти категории считал принципиально различными). Одни интерпретаторы Аристотеля полагали, что движение надо рассматривать лишь как чистое перемещение. Ибн Рушд настаивал на необходимости описывать движение с учетом вызвавших его причин.

В области физических учений Ибн Сины (980-1037), которого в Европе называли Авиценной, следует выделить проблему движения брошенного тела. По данной проблеме он разработал собственную концепцию, суть которой заключается в признании того, что движимое получает «склонность» от движителя. По Ибн Сине, существуют три вида склонностей: психическая (связанная с жизнью), естественная и противоестественная (насильственная).

«Естественная склонность» присуща свободно падающим телам. «Противоестественная склонность» (или приложенная сила) присуща противоестественно движущимся телам, причем ее действие зависит о величины веса тела, которому она сообщена. Ибн-Сина утверждал, что «противоестественная склонность» ощущается, как сопротивление насильственной попытке остановить естественное движение или перевести один вид противоестественного движения в другой. Если насильственное движение снаряда вызвано действующей в пустоте силой, то оно должно сохраняться, не уничтожаясь и не прерываясь. Если же сила существует в теле, то она должна либо оставаться в нем, либо исчезнуть. Но если она остается, то движение будет продолжаться непрерывно. Признание действия зависимости «противоестественной склонности» от величины веса тела, которому она сообщена, было шагом к количественной оценке «склонности».

Аристотелевские представления о роли воздуха в передаче движения Ибн Синой были отвергнуты. Таким образом, Ибн-Сина полагал, что в теле может быть только одна «склонность». Веком позже Ал-Баркат утверждал возможность одновременного существования в одном теле разных «склонностей» – при свободном падении тяжелого тела источник «естественной склонности» находится в самом теле и поэтому может непрерывно действовать, пока тело не достигает своего естественного места.

В трудах Ал-Фараби нет резкого разделения философии и частных наук. В данном вопросе ему свойственно то отношение к системе знания, которое сложилось в его эпоху. Изучение вклада Ал-Фараби в естествознание и математику имеет принципиальное значение с точки зрения опровержения тех, кто говорит об отсутствии на «Востоке» самобытного мышления.

Прежде всего необходимо отметить тождество методологических позиций Ал-Фараби и Галилея. Последний подчеркивает, что Аристотель предпочитает чувственный опыт всем рассуждениям. Сказанное относится и к Ал-Фараби. Научные труды Ал-Фараби изучены далеко не полностью, почти не изучены его физико-математические труды. Исходя из того, что в основе познания многообразия всего мира лежит познание чисел и величин, Ал-Фараби особое значение придает среди этих разделов арифметике и геометрии, а также искусству правильного логического мышления. По его утверждению, эти науки «проникают во все науки», так как они оперируют понятиями и отношениями, абстрагированными от реальных предметов и от реально существующих взаимосвязей и взаимоотношений между этими предметами.

Так, геометрическое тело есть не что иное, как реальное тело, рассматриваемое только с точки зрения его пространственной формы и размеров в полном отвлечении от всех других свойств. Это отвлечение обусловливает умозрительно-дедуктивный метод геометрии, причем ее выводы являются развитием непосредственного отражения в сознании реальных пространственных форм, отношений и их взаимосвязей.

Следует отметить, что до сих пор фундаментальная работа Ал-Фараби «Слово о классификации наук», рассматривалась односторонне как сугубо философское сочинение, затрагивающее отдельные аспекты методологических вопросов классификации наук. На самом же деле определение предмета каждой отрасли знания в этой работе органически переплетается с сопровождающим его сжатым, емким и лаконичным изложением самого содержания данной науки. Поэтому более правы те, кто считал этот труд своеобразной энциклопедией науки средневековья. Указанная классификация наук легла в дальнейшем в основу классификации наук Ибн-Сины, Роджера Бэкона и других. В классификации Р. Бэкона математика и естествознание занимают значительный удельный вес. В этом немалая заслуга его восточных учителей, в частности Ал-Фараби. Р. Бэкон был хорошо знаком с содержанием «Слова о классификации наук»; восхищаясь этим трактатом в своей «Средней книге», он ставит имя Ал-Фараби в один ряд с именами Евклида и Птолемея.

Заслуживает особого упоминания то обстоятельство, что Ал-Фараби методологически правильно решает ряд вопросов, связанных с математизацией науки о природе. На примере теории музыки он демонстрирует плодотворность применения математических методов в исследовании объективных закономерностей природы и искусства. При всем уважении к наследию древних греков Ал-Фараби не преклоняется перед авторитетами, когда их учения противоречат новым достижениям естествознания. Примером может служить критика Ал-Фараби теории музыки и космологии пифагорейцев. У него совершенно отсутствует числовой мистицизм, присущий их музыкальному учению. Мнение пифагорейцев, что планеты и звезды при их движении порождают звуки, которые гармонически сочетаются, он считает ошибочным. Предположение о том, что движение небесных светил может порождать какой-либо звук, по его мнению, несостоятельно. Другой пример: по мнению Ал-Фараби, Евклид в построении своих «Начал» ограничился лишь синтезом. Сам же Ал-Фараби успешно применяет одновременно и анализ.

Метод научного исследования, аналогичный методу Ал-Фараби, мы встречаем в Европе у Леонардо да Винчи и у Галилея. Велики заслуги Ал-Фараби в развитии математических наук. Он оставил много трудов по математике, которые до сих пор почти не изучались. Нам известны следующие его сочинения математического содержания: математический раздел «Слова о классификации наук» (рукописи хранятся в библиотеках Парижа, Стамбула, Мадрида), тригонометрические главы «Книги приложений к «Альмагесту» (единственная известная нам рукопись хранится в Британском музее в Лондоне. Она до сих пор не издавалась и не переводилась на другие языки), «Книга духовных искусных приемов и природных тайн о тонкостях геометрических фигур» (единственная известная нам рукопись хранится в библиотеке Упсальского университета в Швеции), «Комментарии к трудностям во введениях к первой и пятой книгам Евклида» (арабских рукописей этого сочинения не сохранилось, но имеются две рукописи древнееврейского перевода, хранящиеся в Мюнхене), «Трактат о том, что правильно и что неправильно в приговорах звезд» (сохранилось несколько рукописей, имеются издания и переводы на современные языки).

В математической главе «Слова о классификации наук», как уже говорилось, определяется предмет каждой из математических наук: науки чисел (арифметика и теория чисел), науки геометрии, науки о звездах (астрономия и астрология), науки о музыке, науки о тяжестях и науки об искусных приемах. В последнем случае Ал-Фараби имеет в виду, прежде всего искусство конструирования «хитроумных» механизмов. Впервые применение термина «искусные приемы» в более широком смысле мы встречаем у Ал-Кинди. Ал-Фараби, развивая идею Ал-Кинди, рассматривает эту науку в общем смысле, как науку о приложении математики к решению практических задач, и распространяет этот термин, в частности, на алгебраические и другие методы решения числовых задач.

Следует отметить, что во взглядах на применение математики к решению задач естествознания Аристотель и Ал-Фараби стояли на различных позициях. Ал-Фараби не исключает, как Аристотель, полной математизации науки, связанной с материей и движением. Наоборот, он утверждает, что применение математических методов не ограничено. Но только ощутимые тела и материальные вещи, пишет Ал-Фараби, имеют состояния, которые мешают применять доказанные математические положения на практике по желанию человека, поэтому необходимо подготовить естественные тела для применения в них этих математических положений, так же как необходимо создать приспособления для устранения препятствий[xiv].

Достижения в области оптики эпохи средневековья связаны, прежде всего, с именами Ал-Хайсама, известного в Европе как Альхазен. Он создал капитальный труд «Сокровище оптики», оказавший большое влияние на развитие этой области физики. Он впервые дал анатомическое описание глаза и разработал концепцию, в соответствии с которой зрение вызывается лучами, приходящими в глаз от объектов, а изображение формируется внутри хрусталика прежде, чем достигнет оптического нерва. Рассматривая свет как поток частиц, Альхазен отражение света трактует как механическое явление. Установив, что нормаль к поверхности зеркала, падающий и отраженный лучи находятся в одной плоскости, он усовершенствовал формулировку закона отражения.

В Западной Европе оптические исследования начинаются в XIII веке. Р. Гроссетест разрабатывает геометрическую теорию происхождения радуги как эффекта преломления света в каплях воды и концепцию прямолинейного распространения света и звука, представляя их как волны. Отражение света рассматривалось по аналогии с эхом. Несомненным достижением было и изобретение в XIII веке очков, но оно не основывалось на каких-либо теоретических разработках. К достижениям следует отнести и исследования магнетизма П. де Марикуром (Перегрином), который высказал мысль, что стрелка компаса поворачивается не к Полярной звезде (как думали древние китайцы), а к полюсу. При оценке результатов развития физических представлений в эпоху средневековья большинство историков науки исходит из того, что за это время ни в одной из областей физики не было разработано ни одной последовательной физической теории, ни одного эффективного экспериментального метода. Теоретические построения отличались абстрактностью. Технические достижения не основывались на теоретических разработках, теория и практика были разобщены. Новая физика существовала лишь в потенции – в отдельных, не всегда отчетливых догадках, идеях. Но религиозные предрассудки (как христианства, так и ислама) не дали возможности им раскрыться.

Умственная деятельность остается еще подчиненной религиозным догматам. В физике отсутствовали развитые количественные оценки. Однако развитие деловой жизни требовало качественных расчетов все больше и больше. Феодальная система хозяйства обнаруживала признаки разложения. Зарождавшиеся новые экономические отношения способствовали техническому прогрессу главным образом за счет рационализации труда. Медленное, но постепенно ускоряющееся развитие техники и научных запросов подготовило почву для возникновения новой эпохи.

2.3.2. Астрономия арабо-мусульманского средневековья

На мусульманском Востоке в этот период господствовали две астрономические традиции – народная астрономия и математическая астрономия. Ещё в доисламский период своей истории арабы Аравийского полуострова многое знали о Солнце, луне и звёздах, о чередовании времён года и движении ночных светил. С появлением Корана начинается развитие исламской космологии. Она нашла отражение в большом количестве комментариев к Корану, а также в отдельных трудах, прославляющих величие Аллаха, проявляющееся в его творениях. Народная астрономия, которая основывалась на наблюдениях невооруженным глазом и не использовала какие-либо специальные вычисления, стала с благословения Корана распространяться по мусульманскому Востоку и в средние века приобрела большую популярность.

Первые таблицы для определения точного времени по высоте Солнца или по положению некоторых наиболее ярких звёзд появились в Багдаде в IX и Х веках. В XIII веке при мечетях и медресе появились «муакиты» – профессиональные астрономы. В их задачу входило регулирование времени молитв, создание астрономических приборов, написание трудов по сферической астрономии. В это время в Каире были составлены новые астрономические таблицы общим объёмом 200 страниц, которые положили начало астрономическому исчислению времени во всём арабском мире. Самыми распространёнными астрономическими приборами были астролябия и квадрант[xv].

Астрономы-мусульмане, будучи наследниками развитой и сложной астрономии Древней Эллады, Ирана и Индии, провели новые наблюдения, разработали новые теории, составили новые таблицы и изобрели новые приборы. Они явились авторами огромной по объёму научной литературы, в которой рассматривались проблемы космологии и вычислительных методов. Некоторые астрономы ещё в IX веке начали составлять таблицы для точного определения времени начала ежедневных молитв. Самые древние таблицы такого рода были составлены Ал-Хорезми для широты Багдада.

Заметим, что Галилей в своих астрономических исследованиях прямо ссылается на предшественника Ал-Фараби Ал-Фаргани и на его старшего современника Ал-Баттани. Если говорить об учёных более позднего периода, то следует отметить, что, например, Ал-Бируни приводит сведения, которые показывают, что идея эквивалентности геоцентрической и гелиоцентрической систем подспудно жила на Востоке. Ал-Бируни пишет: «Кроме того, вращение Земли ни в коей мере не уменьшает значения астрономии, поскольку все явления астрономического характера так же хорошо можно объяснить этой теорией, как и другой». Под влиянием учения Ал-Фараби, Насир ад-Дин ат-Туси выступал против сложных механизмов птолемеевой теории Луны и Меркурия. Коперник впоследствии использовал его конструкции.

Комментарии Ал-Фараби к «Альмагесту» составлены на основе переработки текста Птолемея; в них авторский текст не выделен из слов толкователя и содержание сочинения вольно и порою сжато излагается комментатором. Комментарии к «Альмагесту» написаны Ал-Фараби как учебно-педагогическое сочинение, но в них имеются добавления и усовершенствования методического характера. Например, в отличие от Птолемея движение планет Ал-Фараби по возможности изучает совместно, так как, по его мнению, у светил много общего, как в астрономическом, так и в математическом отношении, и поэтому у него в девятой книге помещено содержание девятой, десятой и одиннадцатой книг «Альмагеста». Здесь мы встречаем ряд новых добавлений и примечаний, отражающих результаты исследований самого Ал-Фараби, а также достижения его предшественников и современников.

Относительно положения о том, что Земля не совершает никакого поступательного движения, Ал-Фараби замечает, что он в своей «Физике» дал другое доказательство невозможности движения Земли. Он подробно останавливается на вопросах сферической астрономии. Ал-Фараби совершенствует тригонометрический аппарат Птолемея. Он везде заменяет хорды синусами, высказывает лемму, равносильную плоской теореме синусов, и доказывает ее для вписанного прямоугольного треугольника. Ал-Фараби даёт ряд разъяснений относительно составления отношений.

Следует особо отметить, что, обобщая метод Птолемея по вычитанию одного числового отношения из другого, Ал-Фараби фактически рассматривает каждое отношение как число. В своих комментариях он пользуется терминами «число отношения» и «число линии АВ», которые явились важным шагом в расширении понятия числа. Эти идеи Ал-Фараби в дальнейшем были успешно развиты Ал-Бируни, Омаром Хайямом и другими мыслителями.

Комментарии к «Альмагесту» сыграли важную роль в освоении и развитии учеными мусульманского средневековья астрономо-математического наследия Птолемея. Свидетельством тому служит включение в астрономический раздел энциклопедической «Книги исцеления» Ибн-Сины этих комментариев Ал-Фараби.

Изложение Абу Насром Мухаммедом ибн Тарханом Ал-Фараби (полное имя Ал-Фараби) содержания птолемеевского сочинения, и, в особенности, его «Книга приложений к «Альмагесту»», содержащая оригинальные разработки, еще не подвергались в литературе детальному анализу.

Выдающимся астрономом своего времени был Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед Ал-Бируни – среднеазиатский ученый-энциклопедист. Родился в предместье города Кят, столицы древнего государства Хорезма (ныне часть Узбекистана). Живя в условиях диктата мусульманской религии, с подозрением относившейся к науке, он смело выступил против религиозного миропонимания. Бируни считал, что в природе все существует и изменяется по законам самой природы, а не по божественному велению. Постигнуть эти законы можно только с помощью науки. За свои взгляды Бируни подвергался преследованиям и трижды вынужден был покидать родину и жить в изгнании.

Научные труды Бируни охватывают различные области знаний: астрономию и географию, математику и физику, геологию и минералогию, химию и ботанику, историю и этнографию, философию и филологию. Основные работы (их свыше 40) посвящены математике и астрономии, которая имела огромное практическое значение для хозяйственной жизни Хорезма – для поливного земледелия и торговых путешествий. Важнейшими задачами астрономии были совершенствование календаря и методов ориентирования на Земле по небесным светилам.

Необходимо было уметь точно определять положения на небе Солнца, Луны, звезд, а также уметь измерять так называемые основные астрономические постоянные – наклон эклиптики к экватору, длину солнечного и звездного года и др. Это в свою очередь требовало развития математики, в частности, плоской и сферической тригонометрии и совершенствования инструментов для точных наблюдений. Достижения Бируни в перечисленных областях оставались непревзойденными в течение нескольких веков: самый крупный стенной квадрант – угломерный инструмент, позволявший измерять положение Солнца с точностью до 2′; самое точное определение наклона эклиптики к экватору и векового изменения этой величины; новый метод определения радиуса Земли – по степени понижения горизонта при наблюдении с горы. Бируни почти точно определил радиус Земли (более 6000 км), исходя из представления о ее шарообразной форме.

Бируни воспринял и развил прогрессивные идеи древнегреческих и древнеиндийских философов по некоторым общим проблемам астрономии: утверждал одинаковую огненную природу Солнца и звезд, в отличие от темных тел – планет; подвижность звезд и огромные их размеры по сравнению с Землей; идею тяготения. Бируни высказал обоснованные сомнения в справедливости геоцентрической системы мира Птолемея уже в самом первом своём сочинении «Хронология древних народов» (1000 г.)

Бируни собрал и описал все известные в его время системы календаря, применявшиеся у различных народов мира. Астрономические исследования изложены им в «Книге истолкования основных начал астрономии» и в других научных трудах[xvi].

2.4. Научные революции

Первая научная революция: становление классического естествознания, создание общей системы механики, введение Ньютоном понятия «системы», замена статичной картины мира его динамическим представлением. ô Вторая научная революция: дисциплинарная организация классического естествознания, распространение идей эволюционизма. ô Третья научная революция: становление неклассического естествознания, радикальное изменение научной парадигмы. ô Четвёртая научная революция: мир как система исторически эволюционирующих, нелинейных, самоорганизующихся систем.

Термин «научная революция» – классическое понятие для обозначения периода, охватывающего XVI и XVII века, со времени публикации «Об обращении небесных сфер» Коперника (1543) до выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона (1687). Астрономия Коперника и физическое экспериментирование, с одной стороны, и аналитическая геометрия, дифференциальное и интегральное исчисление – с другой, привели к замене «библии» – мнений Аристотеля и донаучного анимизма – механистическим пониманием законов природы[xvii]. Но эпоха научных революций не ограничивается этим периодом. После XVII века происходит ещё несколько переворотов, существенно изменивших облик научного естествознания. Поэтому мы применим термин «научная революция» и к этим событиям.

2.4.1. Первая научная революция (XVII век). Г. Галилей

Основным достижением физических исследований XVII в., подводящим итог развитию опытного естествознания и окончательно сокрушившим аристотелевскую физическую парадигму, явилось завершение создания общей системы механики, которая была в состоянии дать объяснение движению небесных светил на основе явлений, наблюдаемых на Земле.

И в эпоху античности, и в XVII веке признавалась важность изучения движения небесных светил. Но если для древних греков данная проблема имела больше философское значение, то для XVII века, преобладающим был аспект практический. Развитие мореплавания обусловливало необходимость выработки более точных астрономических таблиц для целей навигации по сравнению с теми, которые требовались для астрологических целей. Основной задачей было определение долготы, столь нужной астрономам и мореплавателям. Для решения этой важной практической проблемы и создавались первые государственные обсерватории (в 1672 г. Парижская, в 1675 г. Гринвичская).

По сути своей это была задача определения абсолютного времени, дававшего при сравнении с местным временем интервал, который и можно было перевести в долготу. Определить это время можно было с помощью наблюдения движений Луны среди звезд, то есть часов, «закрепленных на небе», а также с помощью точных часов, поставленных по абсолютному времени и находящихся у наблюдателя. Для первого случая были необходимы очень точные таблицы для предсказания положения небесных светил, а для второго – абсолютно точные и надежные часовые механизмы

На рубеже XVII в. и в его первой половине развертывается деятельность Г. Галилея – одного из основателей современного естествознания Ему принадлежат доказательство вращения Земли, открытие принципа относительности движения и закона инерции, законов падения тел и их движения по наклонной плоскости, законов сложения движений и поведения математического маятника. Он же изобрел телескоп и с его помощью исследовал ландшафт Луны, обнаружил спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры.

В процессе развития галилеевской механики Ньютон вводит понятие «состояние системы». Первоначально оно было использовано для простейших механических систем. (В дальнейшем понятие состояния обнаружило свою фундаментальную роль и стало применяться в других физических концепциях в качестве одного из основных.) Состояние механической системы в классической механике полностью определяется импульсами и координатами всех тел, образующих данную систему. Если известны координаты и импульсы в данный момент времени, то можно однозначно установить значения координат и импульсов в любой последующий момент времени, а также вычислить значения других механических величин – энергии, момента количества движения и т. д.

Для утверждения своей концепции Ньютону было необходимо разрушить старую, аристотелевскую картину мира. Вместо сфер, которые управлялись перводвигателем, он ввел механизм, действующий на основе естественного закона, не требовавшего постоянного использования силы и допускавшего божественное вмешательство лишь для своего создания и приведения в движение. Это был компромисс науки и религии. С представлением, в соответствии с которым для поддержания движения нужна сила, было покончено. Место статистического представления мира заняло динамическое его представление. Уступки религии в вопросе о первотолчке были, однако, связаны не только с социальными причинами, обусловливающими компромисс науки и религии, но и с характером его понимания природы, которую он считал неэволюционирующей, инертной, косной субстанцией.

Поскольку вечные законы природы дают возможность объяснять только повторяемость неизменных, неэволюционирующих тел, то первый толчок был в такой картине мира просто необходим. Ньютон, как и Аристотель, понимали физику как общую теорию природы. Но если Ньютон теорию природы строил на математических и экспериментальных началах, то Аристотель исключал их из сферы познания. Экспериментально-математический метод познания открыл перед физикой и вообще перед естествознанием колоссальные перспективы. Ньютон, заложив основы теоретического фундамента классической физики, открыл путь к ее дальнейшему развитию.

Научная революция XVII века привела к становлению классического естествознания, основные методологические установки которого были выражены следующим образом:

1. Объективность и предметность научного знания объявлялась возможной только при исключении из описания и объяснения всего, что относилось к субъекту и процедурам познания. Это означало возможность проведения как абсолютно «чистого» эксперимента, так и получения абсолютного знания.
2. Как следствие предполагалось возможным определить вытекающие из опыта онтологические принципы и построение истинной картины природы.
3. Процедура объяснения сводилась к поиску механистических причин и субстанций – носителей сил.
4. Механистическая картина природы рассматривалась как тождественная физической картине реальности, которая, в свою очередь, рассматривалась как общенаучная картина мира.
5. Объекты рассматривались как простые механические системы, действующие в соответствии с детерминистическими принципами. Такой подход к изучаемому способствовал возникновению таких категорий как «вещь», «процесс», «часть», «целое», «причинность», «пространство», «время».

2.4.2. Вторая научная революция

(кон. XVIII в.- нач. XIX века). И. Ньютон

С конца XVIII века до начала XIX в. можно констатировать второй революционный процесс в естествознании, который как бы логически завершает окончательное становление классического естествознания. Итогом этой революции становится дисциплинарная организация классической науки. Этот процесс сопровождается следующими фактами:

1. Статичность объяснительных схем классического естествознания разрушается, благодаря эволюционным идеям, пришедшим из области биологии, геологии, палеонтологии.
2. Механистическая картина природы перестаёт приравниваться к общенаучной картине мира.

На основе соотношения разных методов, синтеза знаний, дальнейшей дифференциации научного знания формируются и развиваются разные направления классического естествознания и их стиль мышления.

Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира. В её рамках все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющимся законам ньютоновской механики. Согласно механистической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала основой механистической картины мира, господствовавшей вплоть до научной революции на рубеже XIX и XX столетий.

Механика Ньютона, в отличие от прежних механических концепций, решала любую задачу, связанную с движением в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при известных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в качестве метода количественного анализа механического движения. Любые физические явления могли изучаться как движение в чисто феноменологическом плане, независимо от вызывающих их факторов. Законы ньютоновской механики связывали силу не с движением, а с изменением движения. Это позволило отказаться от традиционных представлений о том, что для поддержания движения нужна сила, и отвести трению, которое делало силу необходимой в действующих механизмах для поддержания движения, второстепенную роль.

Установив динамический взгляд на мир вместо традиционного статического взгляда, Ньютон свою динамику сделал основой теоретической физики. Хотя Ньютон проявлял осторожность в механических истолкованиях природных явлений, тем не менее, он считал желательным выведение из начал механики остальных явлений природы. Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в направлении дальнейшей разработки аппарата механики применительно к решению конкретных задач, по мере решения которых механистическая картина мира укреплялась.

2.4.3. Третья научная революция (кон. XIX в.- сер. XX века)

Третья глобальная научная революция была связана со становлением нового, неклассического естествознания. Она охватывает период с конца XIX до середины XX столетия. В эту эпоху происходит своеобразная цепная реакция революционных перемен в различных областях знания:

• В физике это выразилось в открытии делимости атома, становлении релятивистской и квантовой теорий.
• В космологии были сформированы модели нестационарной эволюционирующей Вселенной.
• В химии возникла квантовая химия, фактически стёршая грань между физикой и химией.
• Одним из главных событий в биологии стало становление генетики.
• Возникли новые научные направления, например, такие как кибернетика и теория систем.

В процессе всех этих революционных преобразований формировались идеалы и нормы новой, неклассической науки. Они характеризовались пониманием относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. В противовес идеалу единственно истинной теории, «фотографирующей» исследуемые объекты, допускается истинность нескольких отличающихся друг от друга конкретных теоретических описаний одной и той же реальности, поскольку в каждом из них может содержаться момент объективно-истинного знания.

В связи с этим принимаются такие типы объяснения и описания, которые в явном виде содержат ссылки на средства и операции познавательной деятельности. Наиболее ярким образцом такого подхода были идеалы и нормы объяснения, описания и доказательности знаний, утвердившиеся в квантово-релятивистской физике. В классической физике идеал объяснения и описания предполагал характеристику объекта «самого по себе», без указания на средства его исследования. В квантово-релятивистской физике в качестве необходимого условия объективности объяснения и описания выдвигается требование четкой фиксации особенностей средств наблюдения, которые взаимодействуют с объектом.

Новая система познавательных идеалов и норм обеспечивала значительное расширение поля исследуемых объектов, открывая пути к освоению сложных саморегулирующихся систем. В отличие от механических систем такие объекты характеризуются уровневой организацией, наличием относительно автономных и вариабельных подсистем, массовым стохастическим взаимодействием их элементов, существованием управляющего уровня и обратных связей, обеспечивающих целостность системы.

Именно включение таких объектов в процесс научного исследования вызвало резкие перестройки в картинах реальности ведущих областей естествознания. Процессы интеграции этих картин и развитие общенаучной картины мира стали осуществляться на базе представлений о природе как сложной динамической системе. Этому способствовало открытие специфики законов микро-, макро- и мега-мира в физике и космологии, интенсивное исследование механизмов наследственности в тесной связи с изучением надорганизменных уровней организации жизни, обнаружение кибернетикой общих законов управления и обратной связи. Тем самым создавались предпосылки для построения целостной картины природы, в которой прослеживалась иерархическая организованность Вселенной как сложного динамического единства. Картины реальности, вырабатываемые в отдельных науках, на этом этапе еще сохраняли свою самостоятельность, но каждая из них участвовала в формировании представлений, которые затем включались в общенаучную картину мира. Последняя, в свою очередь, рассматривалась не как точный и окончательный портрет природы, а как постоянно уточняемая и развивающаяся система относительно истинного знания о мире.

Все эти радикальные сдвиги в представлениях о мире и процедурах его исследования сопровождались формированием новых философских оснований науки. Идея исторической изменчивости научного знания, относительной истинности вырабатываемых в науке онтологических принципов соединялась с новыми представлениями об активности субъекта познания. Он рассматривался уже не как дистанцированный от изучаемого мира, а как находящийся внутри него, детерминированный им. Возникает понимание того обстоятельства, что ответы природы на наши вопросы определяются не только устройством самой природы, но и способом нашей постановки вопросов, способом, который зависит от исторического развития средств и методов познавательной деятельности. На этой основе вырастало новое понимание категорий истины, объективности, факта, теории, объяснения.

Радикально изменялись и философские основания науки. Развитие квантово-релятивистской физики, биологии и кибернетики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, вещи, процесса, состояния и т. д. В принципе можно сказать, что эта «категориальная сетка» вводила новый образ объекта, который представал как сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идеи несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Важную роль при описании динамики системы начинают играть категории случайности, потенциально возможного и действительного.

Причинность не может быть сведена только к ее лапласовской формулировке – возникает понятие «вероятностной причинности», которое расширяет смысл традиционного понимания данной категории. Новым содержанием наполняется категория объекта: он рассматривается уже не как себетождественная вещь (тело), а как процесс, воспроизводящий некоторые устойчивые состояния и изменчивый в ряде других характеристик.

2.4.4. Четвёртая научная революция (кон. XX века)

В современную эпоху мы являемся свидетелями новых радикальных изменений в основаниях науки. Эти изменения можно охарактеризовать как четвертую глобальную научную революцию.

Для этого этапа развития естествознания характерно интенсивное применение научных знаний во всех сферах социальной жизни. Изменяется характер научной деятельности. Он определяется революцией в средствах хранения и получения знаний (компьютеризация науки, появление сложных и дорогостоящих приборных комплексов, которые обслуживают исследовательские коллективы и функционируют аналогично средствам промышленного производства). Наряду с дисциплинарными исследованиями на передний план все более выдвигаются междисциплинарные и проблемно-ориентированные формы исследовательской деятельности.

В междисциплинарных исследованиях наука, как правило, сталкивается с такими сложными системными объектами, которые в отдельных дисциплинах зачастую изучаются лишь фрагментарно, поэтому эффекты их системности могут быть вообще не обнаружены при узкодисциплинарном подходе, а выявляются только при синтезе фундаментальных и прикладных задач в проблемно-ориентированном поиске.

Объектами современных междисциплинарных исследований все чаще становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием. Такого типа объекты постепенно начинают определять и характер предметных областей фундаментальных наук, детерминируя облик современной, постнеклассической науки.

Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами. Последние выступают особым состоянием динамики исторического объекта, своеобразным срезом, устойчивой стадией его эволюции. Сама же историческая эволюция характеризуется переходом от одной относительно устойчивой системы к другой системе с новой уровневой организацией элементов и самоорганизацией. Исторически развивающаяся система формирует с течением времени все новые уровни своей организации, причем возникновение каждого нового уровня оказывает воздействие на ранее сформировавшиеся, меняя связи и композицию их элементов.

Формирование каждого такого уровня сопровождается прохождением системы через состояния неустойчивости (точки бифуркации), и в эти моменты небольшие случайные воздействия могут привести к появлению новых структур. Деятельность с такими системами требует принципиально новых стратегий. Их преобразование уже не может осуществляться только за счет увеличения энергетического и силового воздействия на систему. Простое силовое давление часто приводит к тому, что система просто-напросто «сбивается» к прежним структурам, потенциально заложенным в определенных уровнях ее организации, но при этом может не возникнуть принципиально новых структур.

В естествознании первыми фундаментальными науками, столкнувшимися с необходимостью учитывать особенности исторически развивающихся систем, были биология, астрономия и науки о Земле. В них сформировались картины реальности, включающие идею историзма и представления об уникальных развивающихся объектах (биосфера, Метагалактика, Земля как система взаимодействия геологических, биологических и техногенных процессов). В последние десятилетия на этот путь вступила физика. Представление об исторической эволюции физических объектов постепенно входит в картину физической реальности, с одной стороны, через развитие современной космологии (идея «Большого взрыва» и становления различных видов физических объектов в процессе исторического развития Метагалактики), а с другой – благодаря разработке идей термодинамики неравновесных процессов и синергетики.

Именно идеи эволюции и историзма становятся основой того синтеза картин реальности, вырабатываемых в фундаментальных науках, которые сплавляют их в целостную картину исторического развития природы и человека и делают лишь относительно самостоятельными фрагментами общенаучной картины мира, пронизанной идеями глобального эволюционизма.

Ориентация современной науки на исследование сложных исторически развивающихся систем существенно перестраивает идеалы и нормы исследовательской деятельности. Историчность системного комплексного объекта и вариабельность его поведения предполагают широкое применение особых способов описания и предсказания его состояний. С идеалом строения теории как аксиоматически-дедуктивной системы все больше конкурируют теоретические описания, основанные на применении метода аппроксимации, теоретические схемы, использующие компьютерные программы и т. д.

В естествознание начинает шире внедряться идеал исторической реконструкции, которая выступает особым типом теоретического знания, ранее применявшимся преимущественно в гуманитарных науках (истории, археологии, историческом языкознании). Образцы такого подхода можно обнаружить не только в дисциплинах, традиционно изучающих эволюционные объекты (биология, геология), но и в современной космологии и астрофизике: современные модели, описывающие развитие Метагалактики, могут быть расценены как исторические реконструкции, посредством которых воспроизводятся основные этапы эволюции этого уникального исторически развивающегося объекта.

Изменяются представления и о стратегиях эмпирического исследования. Идеал воспроизводимости эксперимента применительно к развивающимся системам должен пониматься в особом смысле. Если эти системы типологизируются, то есть если можно поэкспериментировать над многими образцами, каждый из которых может быть выделен в качестве одного и того же начального состояния, то эксперимент даст один и тот же результат с учетом вероятностных линий эволюции системы.

Но кроме развивающихся систем, которые образуют определенные классы объектов, существуют еще и уникальные исторически развивающиеся системы. Эксперимент, основанный на энергетическом и силовом взаимодействии с такой системой, в принципе не позволит воспроизводить ее в одном и том же начальном состоянии. Сам акт первичного «приготовления» этого состояния меняет систему, направляя ее в новое русло развития, а необратимость процессов развития не позволяет вновь воссоздать начальное состояние. Поэтому для уникальных развивающихся систем требуется особая стратегия экспериментального исследования. Их эмпирический анализ осуществляется чаще всего методом вычислительного эксперимента на ЭВМ, что позволяет выявить разнообразие возможных структур, которые способна породить система.

Среди исторически развивающихся систем современной науки особое место занимают природные комплексы, в которые включен в качестве компонента сам человек. Примерами таких «человекоразмерных» комплексов могут служить медико-биологические объекты, объекты экологии, включая биосферу в целом (глобальная экология), объекты биотехнологии (в первую очередь генетической инженерии), системы «человек – машина» (включая сложные информационные комплексы и системы искусственного интеллекта). При изучении «человекоразмерных» объектов поиск истины оказывается связанным с определением стратегии и возможных направлений преобразования такого объекта, что непосредственно затрагивает гуманистические ценности. С системами такого типа нельзя свободно экспериментировать. В процессе их исследования и практического освоения особую роль начинает играть знание запретов на некоторые стратегии, потенциально содержащие в себе катастрофические последствия.

В этой связи трансформируется идеал ценностно-нейтрального исследования. Объективно истинное объяснение и описание применительно к «человекоразмерным» объектам не только допускает, но и предполагает включение аксиологических факторов в состав объясняющих положений. Возникает необходимость экспликации (выявления) связей фундаментальных внутринаучных ценностей (поиск истины, рост знаний) с вненаучными ценностями общесоциального характера. В современных программно-ориентированных исследованиях эта экспликация осуществляется при социальной экспертизе программ. Вместе с тем в ходе самой исследовательской деятельности с человекоразмерными объектами исследователю приходится решать ряд проблем этического характера, определяя границы возможного вмешательства в объект. Внутренняя этика науки, стимулирующая поиск истины и ориентацию на приращение нового знания, постоянно соотносится в этих условиях с общегуманистическими принципами и ценностями. Развитие всех этих новых методологических установок и представлений об исследуемых объектах приводит к существенной модернизации философских оснований науки.

Научное познание начинает рассматриваться в контексте социальных условий его бытия и его социальных последствий, как особая часть жизни общества, детерминируемая на каждом этапе своего развития общим состоянием культуры данной исторической эпохи, ее ценностными ориентациями и мировоззренческими установками. Осмысливается историческая изменчивость не только онтологических постулатов, но и самих идеалов и норм познания. Соответственно развивается и обогащается содержание категорий «теория», «метод», «факт», «обоснование», «объяснение».

В онтологической составляющей философских оснований науки начинает доминировать «категориальная матрица», обеспечивающая понимание и познание развивающихся объектов. Возникают новые понимания категорий пространства и времени (учет исторического времени системы, иерархии пространственно-временных форм), категорий возможности и действительности (идея множества потенциально возможных линий развития в точках бифуркации), категории детерминации (предшествующая история определяет избирательное реагирование системы на внешние воздействия).

2.5. Организация современного естествознания

Иерархия естественнонаучных законов: законы эмпирические, фундаментальные и предельно общие законы сохранения. ô Этические принципы науки: нормы исследования и получения научного результата, комплекс этических ценностей науки, проблема свободы исследований. ô Роль междисциплинарных исследований в естествознании: роль синергетики в интенсификации междисциплинарных исследований.

Становление научного естествознания сопровождается рядом преобразований, происходящих в интеллектуальной, этической и организационной сферах. Целью этих, часто стихийных процессов, является создание нормативной базы научного естествознания. Это означает, что создаётся традиция, составленная из писанных и неписанных правил, которых должен придерживаться каждый исследователь. Научное естествознание инновационно по своей сути, но любая инновация, в конечном счете, только следствие существования традиции. Поскольку научное естествознание творится людьми, то её развитие невозможно без применения соответствующих этических принципов.

2.5.1. Иерархия естественнонаучных законов

Количество законов природы, сформулированных в естественных науках к настоящему времени, весьма велико. Они неравнозначны. Наиболее многочисленным является класс эмпирических законов, формулируемых в результате обобщения результатов экспериментальных наблюдений и измерений. Часто эти законы записываются в виде аналитических выражений, носящих достаточно простой, но приближенный характер. Область применимости этих законов оказывается достаточно узкой. При желании увеличить точность или расширить область применимости математические формулы, описывающие такие законы, существенно усложняются.

Примерами эмпирических законов могут служить:

• закон Гука (при небольших деформациях тел возникают силы, примерно пропорциональные величине деформации);
• закон валентности (в большинстве случаев атомы объединяются в химические соединения согласно их валентности, определяемой положением в Периодической таблице элементов);
• некоторые частные законы наследственности (например, сибирские коты с голубыми глазами обычно от рождения глухи).

На ранних этапах развитие естественных наук, в основном, шло по пути накопления подобных законов. Со временем их количество возросло настолько, что возник вопрос о нахождении новых законов, позволяющих описать эмпирические в более сжатой форме.

Ими, прежде всего, стали фундаментальные законы, представляющие собой абстрактные формулировки, непосредственно не являющиеся следствием экспериментов. Обычно фундаментальные законы «угадываются», а не выводятся из законов эмпирических. Количество таких законов ограничено (например, классическая механика содержит в себе лишь четыре фундаментальных закона: законы Ньютона и закон Всемирного тяготения). Многочисленные эмпирические законы являются следствиями (иногда вовсе не очевидными) фундаментальных законов. Критерием истинности последних является соответствие конкретных следствий экспериментальным наблюдениям.

Все известные на сегодняшний день фундаментальные законы описываются достаточно простыми и изящными математическими выражениями, «не ухудшающимися» при уточнениях. Несмотря на кажущийся абсолютный характер, область применимости фундаментальных законов так же ограничена. Эта ограниченность не связана с математическими неточностями, а имеет более фундаментальный характер: при выходе из области применимости фундаментального закона начинают терять смысл сами понятия, используемые в формулировках (так для микрообъектов оказывается невозможным строгое определение понятий ускорения и силы, что ограничивает применимость законов Ньютона).

Ограниченность применимости фундаментальных законов, естественно, ставит вопрос о существовании предельно общих законов. Таковыми являются законы сохранения. Имеющийся опыт развития естествознания показывает, что законы сохранения не теряют своего смысла при замене одной системы фундаментальных законов другой. Это свойство теперь используется как эвристический принцип, позволяющий априорно отбирать «жизнеспособные» фундаментальные законы при построении новых теорий. В большинстве случаев законы сохранения не способны дать столь полного описания явлений, какое дают фундаментальные законы, а лишь накладывают определенные запреты на реализацию тех или иных состояний при эволюции системы.

Ответ на естественный вопрос почему справедливы законы сохранения в физике, был найден сравнительно недавно. Оказалось, что законы сохранения связаны с симметрией системы и возникают в системах при наличии у них определенных элементов симметрии. Элементом симметрии системы называется любое преобразование, переводящие систему в себя, то есть не изменяющее ее. Например, элементом симметрии квадрата является поворот на прямой угол вокруг оси, проходящей через его центр – «ось вращения четвертого порядка».

Глобальные законы сохранения связаны с существованием таких преобразований, которые оставляют неизменными любую систему. К ним относятся:

1. Закон сохранения энергии, являющийся следствием симметрии относительно сдвига во времени (однородности времени).
2. Закон сохранения импульса, являющийся следствием симметрии относительно параллельного переноса в пространстве (однородности пространства).
3. Закон сохранения момента импульса, являющийся следствием симметрии относительно поворотов в пространстве (изотропности пространства).
4. Закон сохранения заряда, являющийся следствием симметрии относительно замены описывающих систему комплексных параметров на их комплексно сопряженные значения.
5. Закон сохранения четности, являющийся следствием симметрии относительно операции инверсии («отражения в зеркале», меняющего «право» на «лево»).
6. Закон сохранения энтропии, являющийся следствием симметрии относительно обращения времени.

2.5.2. Этические принципы науки[xviii]

Получаемое ученым знание о мире изначально, внутренне ориентировано на то, чтобы быть воспринятым другими. При этом уже не существенно, насколько осознается такая ориентированность самим ученым, — ему не надо специально ставить перед собой такую цель, по крайней мере, до тех пор, пока он занят собственно исследованием, а не изложением полученных результатов.

Такие свойства научного знания порождаются тем, что сам процесс его получения регулируется методологическими нормами, которые каждый ученый не должен придумывать для себя заново, а может усваивать в ходе своей профессиональной подготовки. Если познание регулируется нормами, пусть даже нормами познавательными и методологическими, то следование им или пренебрежение ими выступает и как акт морального выбора, предполагающий ответственность ученого перед своими коллегами и перед научным сообществом, то есть его профессиональную ответственность.

Широко известно, например, изречение Аристотеля: «Платон мне друг, но истина дороже». Смысл его в том, что в стремлении к истине ученый не должен считаться ни со своими симпатиями и антипатиями, ни с какими бы то ни было иными привходящими обстоятельствами. В повседневной научной деятельности, однако, чаще всего бывает невозможно сразу же оценить полученное знание как истину либо заблуждение. Поэтому и нормы научной этики не требуют, чтобы результат каждого исследования непременно был истинным знанием. Они требуют лишь, чтобы этот результат был новым знанием и, притом, так или иначе, логически либо экспериментально обоснованным. Ответственность за соотношение такого рода требований лежит на самом ученом, и он не может переадресовать её никому другому. Невозможность сразу же однозначно оценить результат исследования обусловливает характерную взаимозависимость между членами научного сообщества. С одной стороны, коллеги должны исходить из того, что сообщаемый результат получен в ходе добросовестно проведенного исследования, то есть с соблюдением надлежащих технических норм экспериментирования и методологических норм.

Разумеется, в тех случаях, когда нарушение этих норм очевидно, результат попросту не будет заслуживать серьезного отношения. Нередко, однако, проверка требует как минимум повторения исследования, что немыслимо применительно к каждому результату. С этой точки зрения становится ясной контролирующая функция таких элементов научной статьи, как описание методики эксперимента или теоретико-методологическое обоснование исследования. Подготовленному специалисту этих сведений обычно бывает достаточно для того, чтобы судить о том, насколько серьезна статья. С другой стороны, и сам исследователь, адресуясь к коллегам, вправе претендовать на их беспристрастное и объективное мнение по поводу сообщаемого им результата.

Таким образом, эта взаимозависимость важна с точки зрения устойчивого воспроизводства научной деятельности и социального института науки. Она выступает в качестве такого механизма саморегуляции и самоорганизации научной деятельности, которая в широких пределах основывается на взаимном доверии ее участников.

Очевидно, что проблемы этики науки перекрещиваются с проблемами методологии науки. Одна из задач методологии — анализ и обоснование методов и процедур, применяемых в научной деятельности, а также выявление тех далеко не очевидных, предпосылок, которые лежат в основе той или иной теории, того или иного научного направления. В этой связи методологию интересуют и нормы научной деятельности, такие, как исторически изменяющиеся стандарты доказательности и обоснованности знания, образцы и идеалы, на которые ориентируются ученые.

Нормы научной этики редко формулируются в виде специфических перечней и кодексов. Однако известны попытки выявления, описания и анализа этих норм.

Наиболее популярна в этом отношении концепция Р. Мертона, представленная в работе «Нормативная структура науки» (1942 г.). В ней Р. Мертон дает описание этоса науки, который понимается им как комплекс ценностей и норм, воспроизводящихся от поколения к поколению ученых и являющихся обязательными для человека науки. С точки зрения Р. Мертона, нормы науки строятся вокруг четырех основополагающих ценностей.

1. Первая из них — универсализм, убеждение в том, что изучаемые наукой природные явления повсюду протекают одинаково и что истинность научных утверждений должна оцениваться независимо от возраста, пола, расы, авторитета, титулов и званий тех, кто их формулирует. Наука, стало быть, внутренне демократична.
2. Вторая ценность — общность, смысл которой в том, что научное знание должно свободно становится общим достоянием. Тот, кто его впервые получил, не вправе монопольно владеть им, хотя он и имеет право претендовать на достойную оценку коллегами собственного вклада.
3. Третья ценность — незаинтересованность. Первичным стимулом деятельности ученого является бескорыстный поиск истины, свободный от соображений личной выгоды — завоевания славы, получения денежного вознаграждения.
4. Четвертая ценность — конструктивный скептицизм. Каждый ученый несет ответственность за оценку доброкачественности того, что сделано его коллегами, и за то, чтобы эта оценка стала достоянием гласности. Равно необходимы как уважение к тому, что сделали предшественники, так и критическое — скептическое — отношение к их результатам. Более того, ученый должен не только настойчиво отстаивать свои научные убеждения, используя все доступные ему средства логической и эмпирической аргументации, но и иметь мужество отказаться от этих убеждений, коль скоро будет обнаружена их ошибочность.

Предпринятый Р. Мертоном анализ ценностей и норм науки неоднократно подвергался критике, не всегда, впрочем, обоснованной. Отмечалась, в частности, абстрактность предложенных Р. Мертоном ценностей, и то, что в своей реальной деятельности ученые нередко нарушают их, не подвергаясь при этом осуждению со стороны коллег. И, тем не менее, наличие норм и ценностей (пусть не именно этих, но в чем-то сходных с ними по смыслу и по способу действия) очень важно для самоорганизации научного сообщества.

Важнейшей проблемой этики и методологии в современной науке является вопрос о свободе исследования. Хорошо известно, что современные фундаментальные исследования требуют совместного труда больших научных коллективов и сопряжены со значительными материальными затратами. Уже одно это — хотим мы того или не хотим, — накладывает неизбежные ограничения на свободу исследования.

Но не менее существенно и то, что нынешняя наука — вполне сформировавшийся и достаточно зрелый социальный институт, оказывающий серьезное воздействие на жизнь общества. Поэтому идея неограниченной свободы исследования, некогда бывшая прогрессивной, ныне уже не может приниматься безоговорочно, без учета той социальной ответственности, с которой должна быть неразрывно связана эта свобода.

Например, вопрос о свободе исследований, о том, как она должна пониматься, был одним из центральных в ходе дискуссий вокруг экспериментов с рекомбинантной ДНК. Высказывались самые разные точки зрения. Наряду с защитой абсолютно ничем не ограничиваемой свободы исследований была представлена и диаметрально противоположная точка зрения — предлагалось регулировать науку так же, как регулируются железные дороги.

Между этими крайними позициями находится широкий диапазон мнений о возможности и желательности регулирования исследований, о том, кому должно принадлежать здесь решающее слово — самому исследователю, научному сообществу или обществу в целом.

Так, на взгляд американского биолога Р. Синшеймера, ныне существуют такие области исследований, которые обладают «сомнительными достоинствами», так что их вообще лучше было бы не развивать с точки зрения будущего человечества. К их числу Р. Синшеймер относит:

1. работы по лазерному разделению изотопов, способные сделать ядерное оружие легкодоступным для террористов;
2. попытки установить контакты с внеземными цивилизациями, поскольку контакт с более развитой цивилизацией, чем земная, может оказать разрушительное воздействие на наши системы ценностей;
3. исследования в области геронтологии, результатом которых может стать значительное постарение населения и вообще перенаселенность нашей планеты.

По мнению Р. Синшеймера, развитие науки до сих пор опиралось на скрытую предпосылку — веру в то, что природа достаточно эластична по отношению к нашим попыткам ее исследования и анатомирования, что мы не сможем разрушить некоторые ключевые элементы защищающей нас среды, нашу экологическую нишу. Ныне, считает он, эта предпосылка должна быть поставлена под сомнение и пересмотрена.

Многими, однако, точка зрения Р. Синшеймера встречается критически. Отмечается, например, что запрет исследований в названных им трех областях заставил бы отказаться от проведения чрезвычайно большого количества исследований, так или иначе связанных с ними.

Таким образом, вопрос о свободе исследований и о тех обязательствах, которые в этой связи налагаются на ученых — это вопрос, который далек от окончательного решения, и в настоящее время здесь едва ли уместны какие-либо категорические заключения.

Сегодня следует признать, что в науке действует немало внутренних и внешних ограничений, многие из которых неизбежны и, более того, существенны для ее развития.

Например, считается само собой разумеющимся, что

• количественные результаты, там, где их можно получить, предпочтительнее качественных;
• операциональные определения предпочтительнее определений метафизических;
• важные эксперименты требуют повторения;
• следует искать связи теории с практикой и т. д.

Существует немало и внешних ограничений, которые принимаются учеными как нечто вполне естественное, — например, те ограничения, которые связаны с экспериментированием на людях. Все это показывает, что само существование и развитие науки сегодня попросту невозможно без тех или иных форм и норм регулирования исследований и вообще научной деятельности.

2.5.3. Роль междисциплинарных исследований

в естествознании

Междисциплинарные научные исследования вызваны необходимостью интегрировать многообразные взгляды и перспективы, чтобы, связав их в единое целое, понять систему. Целесообразность такого подхода уже доказана на примере ряда научных дисциплин – биофизики, биотехнологии, биоинженерии, кибернетики, эргономики и т. д. Осуществление таких исследований в указанных областях становится сейчас жизненно важным делом для многих стран. Расширяется круг отраслей, предполагающих междисциплинарный подход. Их можно классифицировать следующим образом:

1. Традиционные (давно установившиеся) научные отрасли, например, медицина, биофизика, эргономика.
2. Дисциплины, находящиеся в состоянии развития и вызывающие в наши дни особое внимание и интерес (охрана среды, экология, социальная защита, проблемы мегаполисов, прогнозирование и т. д.).
3. Совсем новые области науки, её «передний край»: биотехнология, биоинженерия, бионика, синергетика, искусственный интеллект и т. д[xix].

Необходимость и значимость междисциплинарных исследований, естественно, ставит вопрос о методологии или даже «технологии» организации этих исследований. Существуют достаточно веские основания полагать, что синергетика может служить основой для междисциплинарного синтеза знания. Синергетика междисциплинарна по своей собственной природе, поскольку она ориентирована на поиск универсальных паттернов* эволюции и самоорганизации открытых нелинейных систем любого рода, независимо от конкретной природы их элементов или подсистем. Понятия самоорганизации, хаоса и порядка, нелинейности начинают широко использоваться как в естественных, так и в гуманитарных науках. В настоящее время теория самоорганизации активно разрабатывается в различных странах в ряде научных школ (И. Пригожин, Г. Хакен, Ф. Варела, Э. Ласло, К. Майнцер, Б. Мандельброт, Э. Моран и др.).

Синергетика является одной из современных исследовательских программ, программой междисциплинарных, или трансдисциплинарных*, исследований. Судя по всему, именно эта область знания инициирует глубокие изменения в методологических основаниях современной науки, в философском взгляде на мир, в самом стиле научного мышления. Сегодня формируется некий новый нетрадиционный взгляд на мир – синергетическое видение мира.

В связи с интенсивным развитием синергетики происходит радикальная смена парадигмы*, «переключение гештальта*», изменения во всей концептуальной сетке мышления. Происходит переход от категорий бытия к со-бытию, от существования к сосуществованию в сложных эволюционирующих структурах; от представлений о стабильности и устойчивом развитии к представлениям о нестабильности и метастабильности, оберегаемом и самоподдерживаемом развитии. Происходит переход от образов порядка к образам хаоса, генерирующего новые упорядоченные структуры; от самоподдерживающихся систем к быстрой эволюции через нелинейную положительную обратную связь; от эволюции к коэволюции*, взаимосвязанной эволюции сложных систем; от независимости и обособленности к связности, когерентности* автономного; от размерности к соразмерности, фрактальному самоподобию образований и структур мира.

Разумеется, речь идет не об исчезновении прежних категорий, а о смещении фокуса внимания. В новой – синергетической – картине мира акцент падает на становление, коэволюцию, когерентность, кооперативность элементов мира. Синергетика как новая парадигма, таким образом, вызывает изменения в профессиональных эпистемологических средствах (способах постановки проблем и научного исследования), в концептуальном арсенале, в используемых моделях, в целях и установках научного поиска. Синергетика может служить основанием для принятия эффективных решений в условиях нестабильности, нелинейности и открытости будущего.

Благодаря своему междисциплинарному характеру, теория самоорганизации (синергетика) может рассматриваться также как исходное основание кросс*-дисциплинарной, кросс-профессиональной и кросс-культурной коммуникации. Обладание синергетическим знанием или, по крайней мере, синергетическим стилем мышления может быть некой платформой для открытого творческого диалога между учеными, мыслителями, деятелями искусства, имеющими различные творческие установки и взгляды на мир.