Естественнонаучная картина мира

§ 4. Всесильна ли наука? Границы научного познания

В начале эпохи Нового времени, когда наука отделилась от философского знания, превратившись в самостоятельную форму духовной культуры, с ней связывали большие надежды, ожидая от нее решения чуть ли не всех проблем человечества. Тогда казалось, что она всесильна, и в скором времени научное познание, нигде не встречая преград, проникнет во все тайны природы и достигнет исчерпывающего знания о мире, на основе которого станет возможным всеобщее благоденствие. XVIII в. вошел в историю под названием «века Просвещения». Философы и ученые этого периода потому и стали называться просветителями, что в числе их основных идей было утверждение, по которому все человеческие проблемы и несчастья связаны с недостаточным количеством знаний, с малой просвещенностью людей. Надо приумножить знания с помощью науки, считали они, просветить умы, и тогда жизнь обязательно изменится к лучшему. В XIX в. восторженных ожиданий стало меньше: наука явно не справлялась с возлагаемыми на нее надеждами по достижению всеобщего процветания. Знаний было накоплено немало, люди стали значительно более просвещенными по сравнению с предыдущими столетиями, а жизнь не менялась к лучшему. Если в XIX в. люди всего лишь усомнились в неограниченных возможностях науки, то в настоящее время говорят о ее фундаментальных границах, то есть о таких, которые она не сможет преодолеть никогда.

Первая граница обусловлена объектами и методами научного познания. Выше говорилось о том, что наука изучает только нечто уже данное, существующее и опирается на доказательство, то есть включает в сферу своего внимания то, что можно подтвердить или опровергнуть. Понятно, что при этом огромное количество вопросов и проблем, причем очень широких и важных (например, откуда произошел мир, реальностью или иллюзией он является, такой ли он на самом деле, каким мы его видим, материя или дух лежит в основе всего, кто такой человек, и в чем смысл его жизни и т. п.), остается вне сферы ее интересов. Она принципиально не задается этими вопросами и никогда не будет искать ответы на них. Понятно, что, если бы наука занималась подобными вопросами, она не была бы наукой. Получается, что данная ограниченность – это ее неотъемлемый признак, без которого она не будет самою собой. Поэтому она и является всего лишь одной из форм духовной культуры, наряду с другими ее формами, наиболее важные из которых – это философия, религия и искусство. Занимаясь только тем, что есть наука включает в поле своего зрения все, что так или иначе поддается наблюдению, описанию, измерению, вычислению и т. д., и предпочитает иметь дело с точными понятиями.

Вторая граница науки порождается ее инструментальным характером. За время своего существования наука добилась колоссальных результатов и ответила на огромное количество вопросов. Теперь она знает, как добраться до Луны или Марса, как создать искусственный интеллект и даже как клонировать самого человека. Однако, будучи в состоянии ответить на эти и множество других сложных вопросов, наука никогда не сможет ответить на один, с виду очень простой и бесхитростный вопрос: «Зачем все это нужно (добираться до Марса, создавать искусственный интеллект, клонировать живые организмы и т. д.)?» На этот вопрос может ответить только человек, наделенный свободой воли, то есть свободой выбора между добром и злом; а наука всегда будет оставаться пассивным инструментом в его руках, который можно использовать как в благих, созидательных, так и в дурных, разрушительных целях.

Третья граница науки обусловливается специфическим характером научного познания, которое имеет одну важную и примечательную черту: чем больше наука открывает, тем большим становится количество принципиально невозможных вещей, то есть тем больше она «закрывает». Например, после того как был сформулирован закон сохранения энергии, суть которого в том, что в изолированной физической системе энергия ниоткуда просто так не берется и никуда просто так не пропадает (она может перейти в работу), стало понятно, что создание «вечного двигателя» (такой закрытой физической системы, в которой постоянно появляется все новая и новая энергия) невозможно (только во второй половине XVIII в. Парижская академия наук приняла постановление не рассматривать более проектов вечного двигателя). Кстати говоря, под энергией в науке понимается способность физического объекта совершать работу, то есть его способность перемещать массу на конкретное расстояние, воздействуя на нее с определенной силой.

Еще один пример, иллюстрирующий данную границу науки: теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном, наложила строжайший запрет на превышение скорости света, а следовательно, и закрыла человечеству путь в глубокий космос. Уже упоминавшийся нами философ Карл Поппер даже утверждал, что, чем больше некая теория что-то запрещает, тем она лучше. Открывая человеку большие возможности, наука одновременно показывает и области невозможного. Причем, чем более она развита, тем больше «площадь» запрещенных областей.

Четвертая граница науки связана с возрастом человечества. По современным научным представлениям Вселенная существует приблизительно 13,8 млрд лет, а человек современного типа – примерно 40 тыс. лет. Первые цивилизации появились приблизительно 5 тыс. лет назад, а возраст науки, как уже говорилось, насчитывает всего 2,5 тыс. лет. Срок жизни человечества и время существования науки неизмеримо малы на фоне возраста Вселенной, ведь 13,8 млрд лет по сравнению с 40 тыс. лет – это почти бесконечность. Понятно, что если бы человек прожил намного больше, и его возраст был бы хоть как-то сопоставим с возрастом Вселенной (например, 1 млрд лет вместо 40 тыс.), то он и знал бы о ней намного больше, чем знает сейчас. Иначе говоря, сколько бы еще человек ни прожил и сколько бы ни накопил научных знаний, все равно срок его жизни и все его знания по отношению к возрасту Вселенной будут оставаться ничтожно малыми.

Пятая граница науки определяется природой человека. По современным научным представлениям окружающая нас действительность подразделяется на три большие области, или сферы.

Первая из них называется макромиром (от греч. makros – большой). Это то, что повседневно нас окружает. Расстояния в макромире измеряются миллиметрами, сантиметрами, метрами и километрами, а время – секундами, минутами, часами, месяцами и годами. Однако, по современным представлениям, помимо макромира есть еще две области природы. Одна из них – это микромир (от греч. mikros – маленький) – сфера необычайно малых объектов – атомов и элементарных частиц, где расстояния измеряются величинами от 10

до 10

см, а время жизни от почти бесконечности до 10

с. Для пояснения скажем, что 10

см – это величина, равная одной миллиардной части миллиметра, то есть если один миллиметр на Вашей линейке Вы мысленно разделите на миллиард частей, то одна такая часть будет равна 10

см. Величина 10

см в миллион раз меньше, чем 10

см, то есть для того, чтобы представить себе величину 10

см, надо один миллиметр поделить на миллион миллиардов частей и мысленно представить себе одну эту часть. Она будет равна 10

см. Что касается временных промежутков, то 10

с, например, – это одна миллиардная часть секунды. Другая область природы – это мегамир (от греч. megas – огромный) – сфера колоссальных космических расстояний и громадных временных промежутков. Расстояния в нем измеряются световыми годами, а время существования различных объектов – миллионами и миллиардами лет. Например, ближайшая к нам галактика – туманность Андромеды – находится от нас на расстоянии приблизительно 2 700 000 световых лет. Это значит, что для достижения этой галактики нам надо 2 700 000 земных лет (а один земной год, как известно, – это 365 дней) лететь к ней со скоростью света – 300 000 километров в секунду.

Человек родом из макромира, или, говоря иначе, он обладает макроприродой, и поэтому ему довольно трудно исследовать то, что происходит как в микромире, так и в мегамире, ведь для полноценного постижения этих областей ему надо быть, условно говоря, размером с электрон или с галактику. Но неужели современная наука не изучает микро- и мегамир, спросите Вы. Конечно же, изучает, но не так успешно и эффективно, как макромир. Насколько благополучно обстоят дела в изучении последнего, настолько же с малыми результатами продвигается естествознание в освоении двух других областей природы. Насколько много существует твердых положений и точных теорий, посвященных макромиру, настолько же мало в науке чего-либо надежно установленного и общепризнанного, относящегося к микро- и мегамиру.

Человек познает природу с помощью мышления, а полученные им знания находят свое выражение в языке. Таким образом, мышление и язык – это инструменты познания. Однако человек неизбежно обладает макромышлением и макроязыком. И с этими макроинструментами он пытается исследовать микро- и мегаобласти окружающего мира. Получается, что инструмент познания не соответствует его объектам. Приведем аналогию: Вам предлагают покрасить шестнадцатиэтажный дом… акварельной кисточкой или, наоборот, нарисовать маленькую акварельную картинку размером 5?5 сантиметров с помощью… малярного валика. Понятно, что и в том, и в другом случае ничего не получится именно по причине несоответствия объектов и направленных на них инструментов. Здесь могут возразить, что существует универсальный язык для описания каких угодно объектов – язык математики, который, будучи предельно абстрактным, вполне может быть одним из эффективных инструментов для освоения микро- и мегамира. Однако и математика родом из привычного нам макромира, ведь она родилась из практических потребностей и интересов, которые, конечно же, имеют макроприроду.

§ 5. Общие модели развития науки

До XX в. считалось, что наука развивается плавно, постепенно, эволюционно: год за годом накапливаются новые факты, делаются научные открытия, приумножаются теории, в результате чего люди узнают о природе все больше и больше. Рост научного знания, по этим представлениям, можно условно сравнить с постепенным подъемом уровня жидкости в сосуде, в который она непрерывно наливается: с каждой секундой этот уровень становится все выше. Такую модель развития науки философы и ученые называют «кумулятивной» (от лат. cumulo – накапливаю). Однако в XX в. представление радикально изменилось: теперь считается, что в развитии науки есть не только постепенное накопление знания и его своего рода эволюция, которая выражается в постепенности, плавности и последовательности, но и революции, то есть кризисы, обвалы, скачки, перестройки и т. п. Сам же процесс, сама история развития науки понимается как смена научных картин мира.

Термин «научная картина мира» означает систему научных представлений об общих принципах и законах устройства мироздания, включающую в себя множество теорий, в совокупности своей описывающих известную человеку физическую реальность. При этом принято выделять как общенаучную картину мира, включающую систематизированное и обобщенное знание, полученное в различных областях науки, так и отдельно естественнонаучную (система общих представлений о природе) и социально-гуманитарную картины мира (система общих представлений о человеке и обществе). В отдельных областях науки также можно выделить как конкретно научные картины мира (например, физическая картина мира или химическая картина мира), так и специальные (частные, локальные) научные картины мира отдельных отраслей науки (например, механическая картина мира).

Но вернемся к моделям развития науки. Наибольшую известность приобрели в XX в. модели американского философа Томаса Куна и британского философа Имре Лакатоса. С точки зрения Куна, развитие науки представляет собой смену научных парадигм. Парадигма, в широком смысле слова, – это совокупность каких-либо идей, взглядов, положений и т. п. Научная парадигма представляет собой систему наиболее общих, широких научных представлений об окружающем мире. Та или иная парадигма какое-то время господствует в науке, определяет направление ее развития; в рамках парадигмы накапливаются факты, делаются научные открытия, создаются новые теории. Содержание научной парадигмы отражено в трудах крупнейших ученых и учебниках, а основные ее идеи проникают даже в массовое создание через научно-популярную литературу. Причем во время господства той или иной парадигмы ее положения признаются и разделяются всеми представителями научного сообщества: никто, как правило, не сомневается в ее верности и эффективности. Кстати, отправным пунктом размышлений Куна над проблемами эволюции науки стал отмеченный им любопытный факт: ученые-обществоведы и гуманитарии славятся своими разногласиями по фундаментальным вопросам, исходным основаниям своих теорий, в то время как представители естествознания по такого рода проблемам дискутируют редко, большей частью в периоды так называемых кризисов в их науках. В обычное же время они относительно спокойно работают и как бы молчаливо поддерживают неписаное соглашение: пока храм науки не шатается, качество его фундамента не обсуждается. Возможно, в этом заключается одна из причин большой результативности естественных наук и весьма скромных достижений гуманитарных: первые, построив фундамент, давно приступили к сооружению самого здания, а вторые в основном занимаются только тем, что постоянно строят и перестраивают фундамент.

В естествознании также случаются перестройки фундамента научного знания, но крайне редко. Это происходит тогда, когда очередная парадигма устаревает, то есть уже с трудом справляется с объяснением новых фактов, утрачивает прежнюю широту научного видения мира, начинает тормозить дальнейшее поступательное развитие науки. В этом случае происходит научная революция, и старая парадигма заменяется новой. Причем появляется несколько альтернативных вариантов новой парадигмы, и прогрессивное научное сообщество выбирает одну из них, как считает Кун, во многом стихийно, случайно, немотивированно, или иррационально, то есть не на основе логики и жесткого расчета, а в большей степени на основе ощущения, наития, интуиции. Переходы от одной научной парадигмы к другой Кун сравнивал с обращением людей в новую веру: мир привычных объектов предстает в совершенно ином свете благодаря решительному пересмотру исходных объяснительных принципов. Аналогия с обращением в новую веру понадобилась ему для того, чтобы подчеркнуть, что смену парадигм нельзя объяснить строго рационально, то есть с помощью одной только логики. Утверждение новой парадигмы осуществляется в условиях мощного противодействия сторонников прежней. Причем, новаторских подходов, как уже говорилось, может оказаться несколько. Поэтому выбор принципов, которые составят будущую успешную парадигму, осуществляется учеными не столько на основании логики или под давлением эмпирических фактов, сколько в результате внезапного озарения, просветления, иррациональной веры в то, что окружающий мир устроен так, а не иначе.

Другую общую модель развития науки предложил британский ученый Имре Лакатос. Она в общих чертах похожа на модель Куна, однако имеет одно принципиальное отличие от нее. По Лакатосу смена парадигм, или, по его словам, научно-исследовательских программ, происходит не стихийно, а рационально, то есть на основе жестких логических критериев. Итак, вместо термина «парадигма» Лакатос употребляет термин «научно-исследовательская программа». Также он говорит об определенной структуре такой программы, включающей в себя три элемента.

1. Жесткое ядро – это основные, или базисные, положения (идеи) научно-исследовательской программы, которые подвергаются сомнению в последнюю очередь. Например, для геоцентрической научно-исследовательской программы (модели, парадигмы) главным положением является идея о том, что неподвижная Земля находится в центре окружающего мира, а все небесные тела вращаются вокруг нее.

2. Негативная эвристика (от лат. negativus – отрицательный и греч. heurisko – находить) – это своеобразный «защитный пояс» для «жесткого ядра», представляющий собой предположения и допущения, которые призваны преодолеть противоречия, возникающие между ним и какими-либо вновь обнаруженными фактами. Например, с точки зрения геоцентрического представления все небесные тела должны совершать для земного наблюдателя одни и те же движения с одинаковыми траекториями: ведь Земля неподвижна, а они вращаются вокруг нее. Однако наблюдение показывает, что небесные тела движутся по-разному: одни из них имеют правильные круговые траектории, другие совершают странные петлеобразные движения. Таким образом, между «жестким ядром» геоцентризма и фактами есть противоречие. Понятно, что при этом никто не ставит под сомнение геоцентрическую модель и не предполагает, что Земля находится не в центре всего, а тоже движется вокруг какого-то другого центра. Вместо этого можно предположить, что некачественно проведено наблюдение, присутствуют некие возмущающие факторы, которые искажают ту картину вещей, которую мы должны видеть, а также в иных случаях – неточны измерения, ошибочны расчеты и т. п.

3. Позитивная эвристика (от лат. positivus – положительный и греч. heurisko – находить) – это создание таких положений и идей, которые направлены на изменение и развитие «опровержимых вариантов» научно-исследовательской программы или, говоря иначе, на своего рода улучшение, совершенствование, модернизацию ее «жесткого ядра». Например, создатель геоцентрической модели Птолемей, пытаясь объяснить разницу в траекториях небесных тел, говорил, что одни из них непосредственно движутся вокруг Земли по своим орбитам, а другие совершают двойное движение. Они вращаются вокруг неких своих центров, которые сами движутся вокруг Земли, в силу чего для земного наблюдателя эти небесные тела совершают не правильные круговые, а петлеобразные движения. Обратим внимание, все это построение направлено на то, чтобы улучшить и упрочить геоцентрическую идею, развить и усовершенствовать ее. Благодаря позитивной эвристике ученые, работающие внутри какой-либо научно-исследовательской программы, могут долгое время игнорировать критику и противоречащие факты. Они вправе ожидать, что «позитивная эвристика» приведет в конечном итоге к объяснению непонятных, или «непокорных», фактов.

Однако рано или поздно позитивная эвристическая сила той или иной научно-исследовательской программы исчерпывает себя, так как «жесткое ядро» когда-то устаревает и не поддается больше улучшению и модернизации, подобно тому, как реконструкция здания не может продолжаться бесконечно: в некий момент его необходимо сломать и построить новое. Замена «жесткого ядра» означает смену научно-исследовательской программы. Вытеснение одной программы другой представляет собой научную революцию. Причем качество и эффективность конкурирующих программ оцениваются учеными вполне рационально. Вот что говорит по этому поводу Лакатос: «Программа считается прогрессирующей тогда, когда ее теоретический рост предвосхищает ее эмпирический рост, то есть когда она с некоторым успехом может предсказывать новые факты… программа регрессирует, если ее теоретический рост отстает от ее эмпирического роста, то есть когда она дает только запоздалые объяснения либо случайных открытий, либо фактов, предвосхищаемых и открываемых конкурирующей программой».

Итак, с точки зрения Куна развитие науки представляет собой последовательную смену научных парадигм, которая происходит, главным образом, иррационально; а согласно Лакатосу – смену научно-исследовательских программ, происходящую рационально. Причем и по Куну, и по Лакатосу эта смена находит свое выражение в научных революциях, которые, таким образом, играют главную роль в развитии науки, представляют собой некие узловые, этапные моменты ее истории. Понятно, что между научными революциями (которые совершаются редко), в периоды господства какой-либо парадигмы или научно-исследовательской программы, происходит спокойное, бескризисное развитие науки – научная эволюция.

§ 6. Научные революции

Мы уже знаем, что ведущая роль в развитии науки принадлежит научным революциям, которые случаются довольно редко, но тем не менее являются главными и наиболее важными моментами в ее истории. Революция есть переворот, а в применении к науке – это радикальное изменение всех ее элементов: фактов, закономерностей, теорий, методов. Некоторое недоумение может вызвать утверждение об изменении фактов. Разве можно их изменить? Конечно же, твердо установленные факты изменить нельзя. Однако, как уже говорилось при рассмотрении взаимодействия эмпирического и теоретического уровней научного познания, в науке имеют значение не сами факты, а их интерпретация, или объяснение. Факт, не включенный в какую-либо объяснительную схему, науке безразличен. В то же время объяснения фактов подвержены порой самым радикальным изменениям. Вспомним, наблюдаемый ежедневно факт движения Солнца по небосводу с востока на запад поддается нескольким различным интерпретациям. В данном случае переход от одного способа объяснения к другому и есть научная революция.

О глобальном перевороте (революции) в области науки можно говорить лишь в том случае, когда налицо изменение не только отдельных принципов, методов или теорий, но обязательно всей научной картины мира. Понятно, что, поскольку последняя характеризуется прежде всего широтой и обобщенностью, ее радикальное изменение невозможно свести к отдельному, пусть даже крупнейшему научному открытию. Оно, однако, может породить некую цепную реакцию, способную дать целую серию научных открытий, которые и приведут в конечном итоге к смене научной картины мира. В этом процессе наиболее важны открытия в фундаментальных науках, причем основу любой естественнонаучной картины мира составляют знания, полученные в области физики и астрономии. Именно эти дисциплины являются парадигмообразующими. В связи с этим в дальнейшем мы будем рассматривать преимущественно физические и астрономические представления, характерные для того или иного этапа развития естествознания. Также, если вспомнить о том, что наука – это прежде всего метод, то нетрудно предположить следующее: смена научной картины мира должна означать и значительную перестройку методов получения нового знания.

Если говорить о естествознании в целом, то согласно одной из точек зрения в его истории можно выделить две научные революции: первая из них произошла в XVI–XVII вв., а вторая – на рубеже XIX–XX вв. Эти революции обусловили три длительные стадии развития науки, каждой из которых соответствует своя естественнонаучная картина мира.

1. Геоцентрическая естественнонаучная картина мира (от греч. geos – Земля) – представление, по которому в центре мироздания находится абсолютно неподвижная Земля, а Солнце, Луна, звезды и другие небесные тела движутся вокруг нее. Она просуществовала приблизительно 2000 лет, с V в. до н. э. и до XVI–XVII вв.).

2. Гелиоцентрическая естественнонаучная картина мира (от греч. helios – Солнце) – представление, по которому все небесные тела, включая Землю, вращаются вокруг Солнца. Она просуществовала примерно 500 лет (до рубежа XIX и XX вв.).

3. Квантово-релятивистская естественнонаучная картина мира (от лат. quantum – сколько и relativus – относительный) – современное естествознание, основой которого являются теория относительности Эйнштейна и квантовая физика (речь о них пойдет в четвертой теме учебного пособия). Она существует в естествознании до сих пор, и ей уже больше столетия.

Это, конечно, не означает, что в истории науки важны одни лишь революции. В промежутках между ними также делаются научные открытия и создаются новые теории. Однако, несомненно, что именно революционные изменения, затрагивающие основы науки, определяют общие контуры научной картины мира на длительный период.

Научные революции (в отличие от общественно-политических) не пугают людей. Наоборот, среди ученых утвердилась вера в то, что эти революции, во-первых, представляют собой необходимый элемент в развитии науки, а во-вторых, не только исключают, но, напротив, предполагают взаимосвязь между старыми и новыми научными знаниями и представлениями. Датский ученый XX в. Нильс Бор сформулировал так называемый принцип соответствия, который гласит: всякая новая научная теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая, то есть устанавливает для прежней теории ограниченную область применимости. И при этом обе теории (старая и новая) вполне могут мирно существовать. Для иллюстрации этого принципа можно привести следующий пример. Гелиоцентрическое представление об окружающем мире вроде бы полностью отрицает собой геоцентрическое, навсегда отвергает его. Примем гелиоцентрическую модель за верную и рассмотрим небольшую область Вселенной, маленький ее фрагмент, а именно – Землю и ближайшее окружающее ее пространство, например, до Луны, не дальше. Теперь зададимся вопросом: что будет центром в этой области, или фрагменте окружающего мира? Конечно же, Земля. Причем утверждение о ней как о центре всего для данного избранного нами масштаба является вполне справедливым, и если нам придется вести какие-либо научные наблюдения, измерения или исследования применительно к этому небольшому пространству Вселенной, мы будем исходить из утверждения о центральном положении Земли. Получается, что в указанном масштабе древний геоцентризм является верным и отнюдь не отрицается гелиоцентризмом. Говоря иначе, гелиоцентризм не исключает геоцентризм, а включает его в себя на правах частного случая, устанавливает для него ограниченную область применения.

Итак, каждая новая теория в частности, равно как и научная картина мира в целом, не уничтожает предыдущую, а, являясь более широкой, включает ее в себя. Кроме того, не будем забывать о том, что без предыдущего не могло бы быть и последующего, или, говоря иначе, любые новые взгляды, идеи и теории обязаны своим появлением на свет всем старым представлениям, существовавшим задолго и незадолго до них.

Поговорим о прочитанном

1. Каковы основные формы духовной культуры? В чем они сходны между собой и чем отличаются друг от друга?

2. Что такое наука? Каковы основные точки зрения на время возникновения науки? В чем состоят принципиальные различия между естественными и гуманитарными науками?

3. Перечислите основные особенности научного познания и дайте краткую характеристику каждой из них. Назовите критерии (принципы) научности и раскройте их суть.

4. Что представляет собой структура научного познания? Охарактеризуйте эмпирический и теоретический его уровни. Как они взаимодействуют? Что такое научная гипотеза? Каким образом она превращается в научную теорию? Каковы основные условия эффективности гипотезы? Приведите по одному примеру подтверждения и опровержения гипотезы.

5. Как менялось представление о возможностях науки, начиная с XVI в. и заканчивая нашими днями. Дайте характеристику каждой из границ научного познания. Какая из них обусловлена объектами и методами познания науки? В чем состоит граница науки, порождаемая ее инструментальным характером? Как понимать утверждение о том, что чем больше наука открывает, тем больше она «закрывает», то есть объявляет принципиально невозможным? Приведите какие-либо примеры, иллюстрирующие это положение.

6. В чем состоят границы науки, связанные с возрастом человечества и с особенностями человеческой природы? Что такое макромир, микромир и мегамир? Каким образом макроприрода человека порождает одну из границ науки? Почему даже универсальный язык математики нельзя считать идеально подходящим для описания микро- и мегамира?

7. Какими были представления о развитии науки до XX в.? Как они изменились в минувшем столетии? Какие общие модели развития науки приобрели наибольшую известность в XX в.?