Социально-культурные предпосылки возникновения экспериментального метода.

Предпосылки возникновения опытной науки историки находят в целом ряде факторов экономического, политического и общекультурного характера, сложившихся в Европе XIV-XV вв. К ним следует отнести разложение феодальных отношений, сопровождающееся усилением обмена товаров, переход от натурального к денежному обмену, что способствовало накоплению капитала и постепенному переходу к капиталистическим отношениям. Развитие торговли потребовало расширения сфер деятельности, освоения новых стран и континентов: географические открытия расширили горизонт видения мира средневекового европейца. Оказалось, что мир не ограничивается территорией княжеств или отдельного государства, он населен разными народами, говорящими на разных языках, имеющими свои традиции и обычаи. Возникают интерес и необходимость их изучения, а также обмен идеями (торговые отношения с арабским Востоком привели к открытию для Западной Европы натурфилософии арабов).

Средневековые университеты, ставшие впоследствии центрами науки, сыграли важную роль в процессе секуляризации (от лат. sacularis – мирской, светский), освобождения культуры от авторитета церкви, разделения философии и теологии, науки и схоластики.

Рост городов и, следовательно, расширение ремесел, появление мануфактур, развитие торговли потребовали новых орудий, инструментов, создать которые могла новая техника, опирающаяся на опыт и науку. Спрос на новые изобретения, прошедшие опытную проверку, повлек за собой отказ от умозрительных умозаключений в науке. Экспериментальная наука была объявлена «владычицей умозрительных наук» (Р.Бэкон).

Вместе с тем, наука Ренессанса не могла быть свободной от влияния Античности, но в отличие от Средневековья, которое транслировало опыт идеального моделирования действительности, Ренессанс его значительно пересмотрел, видоизменил.

У истоков становления опытной (экспериментальной) науки стоят фигуры Н. Коперника (1473-1543) и Галилео Галилея (1564-1642).

Н.Коперник, опираясь на астрономические наблюдения и расчеты, сделал открытие, позволяющее говорить о первой научной революции в естествознании – это гелиоцентрическая система. Суть его учения кратко сводится к утверждению о том, что Солнце, а не Земля (как это считал Птолемей) находится в центре мироздания и что Земля за сутки обращается вокруг своей оси, а за год – вокруг Солнца. (При этом Коперник при проведении наблюдений полагался лишь на невооруженный специальным инструментом глаз и математические расчеты.) Это был удар не только по Птолемеевской картине мира, но и в целом – по религиозной. Тем не менее, Коперниковское учение содержало много противоречий и порождало массу вопросов, на которые и сам он ответить не мог. К примеру, на вопрос о том, почему Земля, вращаясь, не сбрасывает все со своей поверхности, Коперник в духе Аристотелевской логики отвечал, что плохие последствия не могут быть вызваны остаточным движением и что «вращение нашей планеты не вызывает постоянного ветра из-за наличия атмосферы, содержащей землю (одну из четырех стихий Аристотеля) и тем самым вращающейся в согласии с самой планетой»[24]. Этот ответ свидетельствует о том, что мышление Коперника было не свободным от традиции Аристотеля и религиозной веры – он был сыном своего времени. Сам же Коперник считал, что его теория не претендует на реальное отражение строения Вселенной, а представляет всего лишь более удобный способ расчета движения планет. Приведу еще одну цитату из указанного источника: Коперник «… оспаривал сложность предсказания движения планет, основанного на Птолемеевском наследии, и пытался взглянуть на имеющиеся данные иначе.

В этом и заключается значение Коперника для философии науки: он продемонстрировал возможность различных толкований одних и тех же фактов, выдвижения альтернативных теорий и выбора из них более простой, позволяющей делать более точные выводы»[25].

Прошло более столетия, прежде чем другой выдающийся мыслитель - Галилео Галилей - смог ответить на многие нерешенные вопросы и противоречия Коперника.

Галилея считают основателем опытного изучения природы, но при этом он сумел соединить эксперимент с математическим описанием. Поставив перед собой цель – доказать, что природа живет по определенным математическим законам, он проводил эксперименты с помощью различных приборов. Одним из таковых был сделанный им из подзорной трубы телескоп, который помог ему совершить ряд открытий, имеющих колоссальное значение для науки в целом и космологии, в частности. С его помощью он обнаружил, что движущиеся звезды (имеются в виду планеты) не похожи на неподвижные звезды и представляют собой сферы, светящиеся отраженным светом. Кроме того, он сумел обнаружить фазы Венеры, что доказывало ее вращение вокруг Солнца (а значит, и вращение Земли вокруг того же Солнца), что подтверждало вывод Коперника и опровергало Птолемея. Движение планет, годовые перемещения солнечных пятен, приливы и отливы – все это доказывало действительное вращение Земли вокруг Солнца.

Примером того, что Галилей часто прибегал к опытам, служит следующий факт: пытаясь доказать вывод о том, что тела падают вниз с одинаковой скоростью, он бросал шары разного веса с Пизанской башни и, измеряя время их падения, опроверг Аристотеля в его утверждении о том, что скорость тела увеличивается при движении к Земле пропорционально его весу.

Приведу еще один пример, имеющий важное значение для утверждения научного подхода к изучению мира. Как известно, Аристотель считал, что основу всех вещей мира составляют четыре причины: материя (физический субстрат), форма (замысел, облик), действие или движение (то, что вызвало их появление), цель (замысел, намерение). Галилей же, исследуя причины ускорения движения, приходит к выводу о том, что следует искать не причину какого-либо явления (т.е. почему оно возникло), а как это происходит. Так принцип причинности впоследствии, в ходе развития науки, постепенно из нее устраняется.

Галилей не просто проводил опыты, но и производил их мысленный анализ, при котором они получали логическую интерпретацию. Этот прием во многом способствовал возможности не только объяснять, но и предсказывать явления. Известно также, что он широко применял и такие методы, как абстракция и идеализация.

Галилей впервые в истории науки провозглашает, что при изучении природы возможно отвлечение от непосредственного опыта, поскольку природа, как он считал, «написана» на математическом языке, и разгадать ее можно только тогда, когда, отвлекаясь от чувственных данных, но на их основе создаются мысленные конструкции, теоретические схемы. Опыт – это очищенный в мысленных допущениях и идеализациях материал, а не просто описание фактов[26]. Роль и значение Галилея в истории науки трудно переоценить. Он заложил (по мнению большинства ученых) фундамент науки о природе, ввел в научную деятельность мысленный эксперимент, обосновал возможность применения математики для объяснения явлений природы, что придало математике статус науки. Ясные и очевидные сегодня для каждого школьника законы были выведены именно им (закон инерции, к примеру), он задал определенный стиль мышления, вывел научное познание из рамок абстрактных умозаключений к опытному исследованию, раскрепостил мышление, реформировал интеллект. С его именем связывают вторую научную революцию в естествознании и рождение подлинной науки.

Завершается вторая научная революция именем Исаака Ньютона (1643- 1727). Главную работу Ньютона «Математические начала натуральной философии» Дж. Бернал назвал «библией науки».

Ньютон – основатель классической механики. И хотя сегодня с позиции современной науки механистическая картина мира Ньютона кажется грубой, ограниченной, именно она дала толчок для развития теоретических и прикладных наук на последующие почти 200 лет. Ньютону мы обязаны такими понятиями, как абсолютное пространство, время, масса, сила, скорость, ускорение; он открыл законы движения физических тел, заложив основу развития науки физики. (Однако ничего этого не могло бы быть, не будь до него Галилея, Коперника и др. Недаром сам он говорил: «Я стоял на плечах гигантов».)

Ньютон довел до совершенства язык математики, создав интегральное и дифференциальное исчисление, он – автор идеи корпускулярно-волновой природы света. Можно было бы и еще перечислять многое из того, что дал науке и пониманию мира этот ученый.

Остановимся на главном достижении научных изысканий Ньютона – механистической картине мира. Она содержит следующие положения:

• Утверждение о том, что весь мир, Вселенная есть ничто иное, как совокупность огромного числа неделимых и неизменных частиц, перемещающихся в пространстве и времени, связанных между собой силами тяготения, передающимися от тела к телу через пустоту.
• Отсюда следует, что все события жестко предопределены и подчинены законам классической механики, что дает возможность предопределять и предвычислять ход событий.
• Элементарной единицей мира является атом, и все тела состоят из абсолютно твердых, неделимых, неизменных корпускул – атомов. При описании механических процессов им использовались понятия «тело» и «корпускула».
• Движение атомов и тел представлялось как простое перемещение тел в пространстве и во времени. Свойства пространства и времени, в свою очередь, представлялись как неизменные и независящие от самих тел.
• Природа представлялась как большой механизм (машина), в котором каждая часть имела свое предназначение и жестко подчинялась определенным законам.
• Сутью данной картины мира является синтез естественно-научных знаний и законов механики, который сводил (редуцировал) все разнообразие явлений и процессов к механическим.

Можно отметить плюсы и минусы такой картины мира. К плюсам следует отнести тот факт, что она позволяла объяснить многие явления и процессы, происходящие в природе, не прибегая к мифам и религии, а из самой природы.

Что касается минусов, то их немало. К примеру, материя в механистическом истолковании Ньютона представлялась как инертная субстанция, обреченная на вечное повторение вещей; время – пустая длительность, пространство – простое «вместилище» вещества, существующее независимо ни от времени, ни от материи. Из самой картины мира был устранен познающий субъект – априорно предполагалось, что такая картина мира существует всегда, сама по себе и не зависит от средств и способов познающего субъекта.

Следует отметить и методы (или принципы) изучения природы, на которые опирался Ньютон. Их можно представить в виде исследовательской программы (или плана).

В первую очередь, он предлагал прибегнуть к наблюдению, эксперименту, опытам; затем, применяя индукцию, вычленять отдельные стороны наблюдаемого объекта или процесса, чтобы понять, как в нем проявляются основные закономерности, принципы; затем осуществлять математическое выражение этих принципов, на основе чего строить целостную теоретическую систему и путем дедукции «прийти к законам, имеющим неограниченную силу во всем».

Механистическая картина мира, методы научного объяснения природы, разработанные Ньютоном, дали мощный толчок развитию других наук, появлению новых областей знания – химии, биологии (к примеру, Р.Бойль сумел показать, как происходит соединение элементов, и объяснить другие химические явления, исходя из представлений о движении «малых частиц материи» (корпускул)). Ламарк в поисках ответа на вопрос об источнике изменений в живых организмах, опираясь на механистическую парадигму Ньютона, сделал вывод о том, что развитие всего живого подчинено принципу «нарастающего движения флюидов».

Огромное влияние механистическая картина мира оказала на философию – она способствовала утверждению материалистического взгляда на мир среди философов. К примеру, Т.Гоббс (1588-1679) выступил с критикой «бестелесной субстанции», утверждая, что все сущее должно иметь физическую форму. Все есть движущаяся материя – даже разум он представил как некий механизм, а мысли – движущейся в мозге материей. В целом философские споры о природе действительности способствовали созданию той среды, в которой происходило становление различных наук.

Вплоть до XIX века в естествознании царствовала механистическая картина мира, а познание опиралось на методологические принципы – механицизм и редукционизм[27].

Однако по мере развития науки, различных ее областей (биологии, химии, геологии, самой физики) становился очевидностью факт, что механистическая картина мира не подходит для объяснения многих явлений. Так, исследуя электрическое и магнитное поля,Фарадей и Масквелл обнаружили факт, согласно которому материю можно было представить не только как вещество (в соответствии с механистическим ее толкованием), но и как электромагнитное поле. Электромагнитные процессы не могли быть сведены к механическим, и потому напрашивался вывод: не законы механики, а законы электродинамики являются основными в мироздании.

В биологии Ж.Б. Ламарк (1744-1829) сделал потрясающее открытие о постоянном изменении и усложнении всех живых организмов в природе (и самой природы), провозгласив принцип эволюции, что также противоречило положению механистической картины мира о неизменности частиц мироздания и предзаданности событий. Свое завершение идеи Ламарка нашли в эволюционной теории Ч.Дарвина, показавшего, что животные и растительные организмы являются итогом длительного развития органического мира, и вскрывшего причины этого процесса (чего не смог до него сделать Ламарк) – наследственность и изменчивость, а также движущие факторы – естественный и искусственный отбор. Позже многие неточности и допущения Дарвина были дополнены генетикой, объяснившей механизм наследственности и изменчивости.

Клеточная теория строения живых организмов также является одним из звеньев общей цепи открытий, подорвавших основы классической, механистической картины мира. В ее основе лежит идея: все живые растения и организмы, начиная от простейших и заканчивая самым сложным (человеческим), имеют общую единицу строения – клетку. Все живое обладает внутренним единством и развивается по единым законам (а не изолированно друг от друга).

Наконец, открытие закона сохранения энергии в 40-х годы XIX столетия (Ю.Майер, Д.Джоуль, Э.Ленц) показало, что такие явления, как теплота, свет, электричество, магнетизм, также не изолированы друг от друга (как это представлялось раньше), а взаимодействуют, переходят при определенных условиях одно в другое и представляют собой не что иное, как разные формы движения в природе.

Так была подорвана механистическая картина мира с ее упрощенным представлением о движении как простом перемещении тел в пространстве и во времени, изолированных одно от другого, о единственно возможной форме движения – механической, о пространстве как «вместилище» вещества и о времени как неизменной константе, не зависящей от самих тел.