Третья научная революция (сер.18-конец 19 вв.)

Третья научная революция связана с именами двух естествоиспытателей Нового времени - Кантом и Лапласом, которые положили начало процессу диалектизации естественных наук.

Необходимо напомнить, что в истории изучения природы в теории познания сложились два прямо противоположных, несовместимых метода изучения, которые приобрели статус общефилософских. Это - метафизический и диалектический методы познавательной деятельности.

При метафизическом подходе объекты и явления окружающего мира рассматриваются изолированно друг от друга, без учёта их взаимных связей и как бы в застывшем, фиксированном, неизменном состоянии. Диалектический подход,наоборот, предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязей, с учётом реальных процессов их изменения, развития. Истоки этих подходов лежат в глубокой древности: Гераклит - основоположник диалектического подхода, сторонниками метафизического метода были Парменид и Зенон.

На определённом этапе научного познания природы метафизический метод был вполне пригоден и даже неизбежен, ибо упрощал и облегчал сам процесс познания. Наглядным примером может служить деятельность известного шведского учёного, метафизически мыслящего натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Линней создал классификацию растительного и животного мира, установив для представителей живой природы следующую градацию: класс, отряд, род, вид, вариация. Живые организмы он разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви и насекомые). В растительном мире выделил 24 класса растений. Он стал автором бинарной системы обозначения растений и животных (название любого представителя живой природы состоит из двух латинских наименований - родового и видового).

Разложив по полочкам разновидности представителей живой природы, расположив растения и животных в порядке усложнения их строения, он не усмотрел в этом усложнении развития. Линней считал существующие на Земле виды растений и животных абсолютно неизменными и созданными Творцом.

Новые научные идеи и открытия второй половины 18 - первой половины 19 веков вскрыли диалектический характер явлений природы.

Начало процессу диалектизации естественных наук, составившему суть третьей революции в естествознании, положила работа немецкого учёного и философа И.Канта (1724-1804) «Всеобщая естественная история и теория неба». В этом труде была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы.

Гипотезу Канта принято именовать небулярной (от лат. туман), поскольку в ней утверждалось, что Солнце, планеты и их спутники возникли из некоторой первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. Под влиянием сил притяжения, присущим частицам материи, составлявшим эту огромную туманность, образовались отдельные скопления, сгущения, становившиеся центрами притяжения. Из одного такого крупного центра притяжения образовалось Солнце, вокруг которого расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманностях образовались зародыши планет, которые начали вращаться также вокруг своей оси. Солнце и планеты сначала разогрелись вследствие трения слагающих их частиц, затем начали остывать. Эта космогоническая гипотеза провозгласила развивающуюся картину мира, пробив брешь в метафизическом взгляде на мир. Однако идеи Канта не были поддержаны научной общественностью того времени и оставались неизвестными до конца 18 века.

Более 40 лет спустя, французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас (1749-1827) независимо от Канта высказал подобные идеи. Имена создателей космогонических гипотез были объединены, а сами гипотезы довольно долго просуществовали в науке как космогоническая гипотеза Канта-Лапласа. Она положила начало диалектической идее развития мира. В 19 веке эта идея распространилась на широкие области естествознания, в первую очередь на геологию и биологию.

В первой половине 19 века происходила острая борьба двух концепций происхождения мира - катастрофизма (Жорж Кювье) и эволюционизма (Жан Батист Ламарк). Кювье утверждал, что каждый период в истории Земли завершался мировой катастрофой - поднятием и опусканием материков, наводнениями, разрывами слоёв и т.д. В результате этих катастроф гибли животные и растения, и в новых условиях появились новые их виды. Причины катастроф и возникновение новых видов растительного и животного мира Кювье не объяснял.

Катастрофизму Кювье противостояло эволюционное учение, которое в области биологии отстаивал крупный французский естествоиспытатель Ламарк. Он видел в изменяющихся условиях окружающей среды движущую силу эволюции органического мира. Он полагал, что приобретённые под влиянием внешней среды изменения в живых организмах становятся наследственными и служат причиной образования новых видов. Но передача по наследству этих приобретённых изменений никем не была доказана.

На дальнейшее совершенствование эволюционного учения оказал труд Чарлза Дарвина (1809-1882) «Происхождение видов». В нем Дарвин, опираясь на огромный естественнонаучный материал из области палеонтологии, эмбриологии, сравнительной анатомии, географии животных и растений, изложил факты и причины биологической эволюции. Он показал, что вне саморазвития органический мир не существует и поэтому органическая эволюция не может прекратиться. Развитие - это условие существования вида, условие его приспособления к окружающей среде. Принципиально важной в учении Дарвина является теория естественного отбора. Согласно этой теории, виды, с их относительно целесообразной организацией возникли и возникают в результате отбора и накопления качеств, полезных для организмов в их борьбе за существование в данных условиях.

Наряду с фундаментальными работами, раскрывающими процесс эволюции, развития природы, появились новые открытия, подтверждавшие наличие всеобщих связей в природе. К числу этих открытий относится клеточная теория, созданная в 30-х годах 19 века ботаником Шлейденом, установившим, что все растения состоят из клеток, и профессором биологии Шванном, распространившим это учение на животный мир. Открытием клеточного строения растений и животных была доказана связь и единство всего органического мира.

Ещё более широкомасштабное единство, взаимосвязь в материальном мире были продемонстрированы благодаря открытию закона сохранения и превращения энергии. К идее о превращении одной формы энергии в другую первоначально пришёл немецкий врач Юлиус Роберт Майер (1814-1878) во время своего путешествия в Ост-Индию. Он обнаружил, что венозная кровь больных в тропиках была краснее, чем в Европе, и объяснил это явление более высоким содержанием кислорода в крови. Последнее, полагал Майер, обусловлено тем, что при высоких температурах в организме человека сгорает меньше пищи, поскольку тело в этих условиях требует меньше тепла, получаемого за счёт питания. Поэтому в венозной крови остается больше кислорода. Таким образом, Майер высказал мысль, что химическая энергия, содержащаяся в пище, превращается в теплоту (подобно тому, как это происходит с механической энергией мышц). Чуть позже, в ряде своих работ Майер показал, что химическая, тепловая и механическая энергии могут превращаться друг в друга и являются равноценными.

Выводы Майера поначалу были восприняты с недоверием, однако опыты, проведённые независимо от Майера английским исследователем Джоулем (1818-1889), показали, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя магнитоэлектричество, и эта теплота пропорциональна квадрату силы индуцированного тока.

Результаты, полученные в экспериментах, привели Джоуля к следующему выводу: «…Во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты».

Признавая приоритет Майера и Джоуля, знаменитый физик 19 века Гельмгольц (1821-1894) пошёл дальше и увязал этот закон с принципом невозможности вечного двигателя. После открытия этого закона природа предстала как непрерывный процесс превращения универсального движения материи из одной формы в другую.

Ещё одним открытием, внесшим большой вклад в процесс диалектизации естествознания, стало открытие периодического закона химических элементов. 1 марта 1869 года выдающийся учёный-химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) разослал русским и иностранным химикам сообщение, которое он озаглавил «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». В нем было изложено великое открытие Менделеева о существовании закономерной связи между химическими элементами, которая заключается в том, что свойства элементов изменяются в периодической зависимости от их атомных весов. Качественные свойства зависят от их количественных характеристик, причём это отношение меняется периодически скачками. Обнаружив эту закономерную связь, Менделеев расположил элементы в естественную систему, в зависимости от их родства. В результате появилась возможность предвидеть свойства ряда новых, ещё не открытых элементов, для которых Д.И.Менделеев оставил в таблице пустые места. Первым элементом из предсказанных Менделеевым был элемент галлий, открытый в 1875 году. В 1954 году был открыт «элемент 101», названный «менделеевиумом» в честь великого русского химика.

Таким образом, основополагающие принципы диалектики - принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи - получили во второй половине 18 и в 19 веках мощное естественнонаучное обоснование.

Необходимо отметить, что открытие закона сохранения и превращения энергии позволило очистить науку от натурфилософских представлений, долгое время господствовавших в ней. Речь идёт о теории флогистона (субстанция, являющаяся причиной горения веществ) и понятии о теплороде (особая, фантастическая «тепловая жидкость», которая, перетекая от одного тела к другому, обеспечивает процесс теплопередачи). И только в середине 19 века, когда был открыт закон сохранения и превращения энергии, физики отказались от концепции теплорода и вернулись к кинетической концепции теплоты, успешно разработанной М.В.Ломоносовым ещё за сто лет до открытия этого закона. Ломоносов предположил, что теплота - это форма движения мельчайших материальных частиц (молекул-корпускул), движение которых является причиной тепла.

Одним из важнейших открытий, нанесших непоправимый удар по механистической картине мира, предполагавшей существование в мировом пространстве мирового эфира, было открытие электромагнитного поля.

Концепцию мирового эфира - гипотетической среды, заполняющей всё мировое пространство, - признавали все физики 19 века. Механистическая картина мира знала только один вид материи - вещество, состоящее из частиц, имеющих массу. В 19 веке к числу свойств частиц стали прибавлять электрический заряд. И хотя масса, как считалось, была у всех частиц, а заряд - только у некоторых, обладание электрическим зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим их свойством, как и масса.

Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путём, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует ещё и поле.

Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский учёный Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона. В 1886 году Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Любые попытки распространить механистические принципы на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными. Поэтому естествознание вынуждено было, в конце концов, отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.