Революция в естествознании конца XIX – начала ХХ в. и становление идей и методов классической науки

Как было выше сказано, классическое естествознание XVII – XVIII вв. стремилось объяснить причины всех явлений (включая социальные) на основе законов механики Ньютона. В XIX в. стало очевидным, что законы ньютоновской механики уже не могли играть роли универсальных законов природы. На эту роль претендовали законы электромагнитных явлений. Была создана (Фарадей, Максвелл и др.) электромагнитная картина мира. Однако в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX – начале ХХ в. обнаружилось множество непримиримых противоречий между электромагнитной картиной мира и опытными фактами. Это подтвердил “каскад” научных открытий.

В 1895 – 1896 гг. были открыты лучи Рентгена, радиоактивность (Беккерель), радий (М. П. Кюри) и др. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу – электрон и понял, что электроны являются составными частями атомов всех веществ. Он предложил новую (электромагнитную) модель атомов, но она просуществовала недолго.

В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд в экспериментах обнаружил, что в атомах существуют ядра, положительно заряженные частицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов, но в которых сосредоточена почти вся масса атома. Он предложил планетарную модель атома: вокруг тяжелого положительного ядра вращаются электроны. Резерфорд открыл α и 0 – лучи, предсказал существование нейтрона. Но планетарная модель оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла.

Немецкий физик М. Планк в 1900 г. ввел квант действия (постоянная Планка) и, исходя из идеи квантов, вывел закон излучения, названный его именем. Было установлено, что испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями (квантами). Квантовая теория Планка вошла в противоречие с теорией электродинамики Максвелла. Возникли два несовместимых представления о материи: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц. Названные открытия опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом “первичном кирпичике” мироздания (“материя исчезла”).

“Беспокойство и смятение”, возникшие в связи с этим в физике, “усугубил” Н. Бор, предложивший на базе идеи Резерфорда и квантовой теории Планка свою модель атома (1913). Он предполагал, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Электрон излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома, и наоборот. Будучи исправлением и дополнением модели Резерфорда, модель Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда – Бора.

Весьма ощутимый “подрыв” классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905), а затем и общую (1916) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. Сам Эйнштейн суть теории относительности в популярной форме выразил так: “Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы. Теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы пространство и время". При этом четырехмерное пространство-время, в котором отсутствуют силы тяготения, подчиняется соотношениям неэвклидовой геометрии.

Научные открытия кардинально изменили представление о мире и его законах, показали ограниченность классической механики. Последняя, разумеется, не исчезла, но обрела четкую сферу применения своих принципов – для характеристики медленных движений и больших масс объектов мира.

Важнейшие философско-педагогические выводы неоклассического периода:

1. Возрастание роли философии в развитии естествознания и других наук.

Это обстоятельство всегда подчеркивали настоящие творцы науки. Так, М. Борн говорил, что философская сторона науки интересовала его больше, чем специальные результаты. И это не случайно, ибо работа физика – теоретика теснейшим образом переплетается с философией и что без серьезного знания философской литературы его работа будет впустую. Весь вопрос, однако, в том, какой именно философии ученый отдает предпочтение.

2. Сближение объекта и субъекта познания, зависимость знания от применяемых субъектом методов и средств его получения.

Идеей научного познания действительности в XVII - XIX вв. было полное устранение познающего субъекта из научной картины мира, изображение мира “самого по себе”, независимо от средств и способов, которые применялись при получении необходимых для его описания сведений. Естествознание ХХ века показало неотрывность субъекта исследователя от объекта, зависимость знания от методов и средств его получения. Иначе говоря, картина объективного мира определяется не только свойствами самого мира, но и характеристиками субъекта познания, его концептуальными, методологическими и иными элементами, его активностью (которая тем больше, чем сложнее объект).

3. Субстанциональный подход, т.е. стремление свести все изменчивое многообразие явлений к единому основанию, найти их “первосубстанцию”, - важная особенность науки. Попытки достигнуть единого понимания, исходящего из единого основания, намерение охватить единым взором крайне разнородные явления и дать им единообразное объяснение не беспочвенны и умозрительны. Так, физика исходит из того, что “… в конечном счете, природа устроена единообразно и что все явления подчиняются единообразным законам”.

4. Формирование нового образа детерминизма и его «ядра» – причинности.

5. Глубокое внедрение в естествознание противоречия и как существенной характеристики его объектов, и как принципа их познания.

Исследование физических явлений показало, что частица-волна – две дополнительные стороны единой сущности. Квантовая механика синтезирует эти понятия, поскольку она позволяет предсказать исход любого опыта, в котором проявляются как корпускулярные, так и волновые свойства частиц. При этом проблема выбора в данных условиях между этими противоположностями постоянно воспроизводится в более глубокой и сложной форме. Таким образом, в квантовой механике все особенности микрообъекта можно понять только исходя из его корпускулярно-волновой природы.

6. Определяющее значение статистических закономерностей по отношению к динамическим.

В законах динамического типа предсказания имеют точно определенный, однозначный характер. Это было присуще классической физике, где «если мы знаем координаты и скорость материальной точки в известный момент времени и действующие на нее силы, мы можем предсказать ее будущую траекторию».

7. Кардинальное изменение способа (стиля, структуры) мышления, вытеснение метафизики диалектикой в науке. Эту сторону, особенность неклассического естествознания подчеркивали выдающиеся его представители. Так, Гейзенберг неоднократно говорил о границах механического типа мышления, о недостаточности ньютоновского способа образования понятий, о радикальных изменениях в основах естественнонаучного мышления, указывал на важность требований об изменении структуры мышления.