Концепции современного естествознания. Популярное учебное пособие

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. Обратим внимание на то, что в естествознании повсеместно и широко употребляется понятие «Вселенная», но в то же время оно намного реже оперирует понятиями «мир», или «мироздание». В обыденном представлении Вселенная и мир – это, чаще всего, одно и то же: термин «Вселенная», как и «мир», обозначает все существующее. Однако наука, отдавая предпочтение строгим и определенным понятиям, никогда не стала бы иметь дело со «всем существующим», поскольку это нечто настолько неопределенное, что непонятно, как о нем вообще можно что-либо говорить а, тем более, делать предметом исследования. Поэтому, если под миром подразумевается «все существующее», то естествознание стремится избегать терминов «мир», или «мироздание». Зато «Вселенная» – это вполне научный, физический термин, потому что он обозначает не «все существующее» (несмотря на то, что в нем вроде бы присутствует слово «все»), а всего лишь малую часть мироздания, которая доступна наблюдению, описанию измерению, вычислению и т. п. Обыденному сознанию может показаться странным, что у той Вселенной, о которой говорит наука и которая вовсе не является всем, есть и размеры, и время жизни и множество прочих параметров, поддающихся точному, математическому описанию. Но если Вселенная – это всего лишь часть мира, то могут быть и другие Вселенные, скажете вы и будете совершенно правы. Мы живем на планете Земля, однако есть и другие планеты. Мы находимся в Солнечной системе, но существует огромное множество иных планетных систем. Мы живем в галактике Млечный путь, но есть мириады других галактик. Наконец, мы находимся во Вселенной (или – нашей Вселенной, не имеющей никакого имени), но есть и другие вселенные, о которых, впрочем, говорит наука, нам ничего не известно, потому что максимум, с чем мы можем иметь дело (т. е. наблюдать, исследовать, изучать), – это как раз наша Вселенная.

Для иллюстрации вышесказанного приведем аналогию. Представьте себе темноту, в которой горит лампочка, освещая небольшое пространство вокруг себя. Мы можем говорить о лампочке и освещенном участке, потому что видим и то, и другое. Мы можем измерить эту освещенную область, потому что наблюдаем ее границы. Но что мы можем сказать обо всей прочей темноте? (Где она начинается? Где заканчивается? Велика ли по своим размерам? Что в ней есть помимо горящей лампочки?) Не очевидно ли, что ничего не можем сказать о ней? Так вот, освещаемое во мраке пространство – это, для науки, Вселенная, а вся остальная темнота – мир, или мироздание. Объектом изучения науки является Вселенная, потому что о ней можно говорить, в известной мере, строго и определенно; а мир, наоборот, не интересует науку, потому что ничего точного и определенного о нем сказать нельзя. Неточные и неопределенные рассуждения о мире она оставляет философии и религии. Понятно, что исследуя Вселенную и отказываясь ставить более широкие вопросы, связанные с мирозданием, наука сознательно создает себе принципиальную и непреодолимую границу. Во избежание недоразумений следует отметить, что в научном обиходе иногда употребляется термин «мир» (например, в словосочетании «научная картина мира»), но – не как обозначение всего существующего, а в качестве синонима термина «Вселенная» в его строгом и определенном естественнонаучном смысле (т. е. «научная картина мира» – это то же самое, что и «научная картина Вселенной»).

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, т. е. 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, т. е. тем больше она «закрывает». Например, открытие законов термодинамики (вспомним, основной ее закон – сохранения и превращения энергии – гласит, что энергия не может браться из ниоткуда и исчезать в никуда) показало принципиальную невозможность вечного двигателя – чудесной машины, над созданием которой много веков трудились ученые и изобретатели (только во второй половине 18 в. Парижская академия наук приняла постановление не рассматривать более проектов вечного двигателя). Как классическая термодинамика «запретила» вечный двигатель, так же и теория относительности наложила строжайший запрет на превышение скорости света. 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. Наука не является волшебницей, поэтому и мечтать рекомендует исключительно в «разрешенных» ей направлениях.

Четвертая граница науки связана с возрастом человечества. По современным научным представлениям Вселенная существует приблизительно 20 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 20 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 не прожил и сколько бы не 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 бесконечности до 10

 сек. 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

 сек, 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 лет (а один 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 в микро– и мегамирах, 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: до настоящего времени там царят, по большей части, гипотезы и догадки. Здесь может возникнуть вопрос: как можно говорить о малой результативности тех областей науки, которые занимаются изучением микромира, если в нашу жизнь давно уже вошли атомные электростанции, например, и ядерное оружие – технические результаты научных исследований микромира? По этому поводу авторы одной известной научно-популярной книги говорят, что ученые, изучающие микромир, находятся в настоящее время «…в таком же примерно положении, как каменщик, который умеет складывать из кирпичей здание, но о многих свойствах самих кирпичей, может быть, даже о том, как они делаются, имеет лишь смутное представление». (Григорьев В. И., Мякишев Г. Я. Силы в природе. Издание седьмое. М.: Наука, 1988. С. 277).

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 5x5 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 божественная (как говорили древние философы) математика родом из привычного нам макромира, ведь она родилась из практических потребностей и интересов, которые, конечно же, имеют макроприроду.

Проверьте себя

1. Как вы думаете, почему в эпоху Нового времени на науку возлагали большие надежды, ожидая от нее решения всех проблем человечества? Что говорили просветители 18 в. о причинах человеческих несчастий и в чем видели залог будущего всеобщего благоденствия?

2. Почему в 19 в. и, особенно, в 20 в. с прогрессом науки связывают гораздо меньшие надежды и ожидания, чем в предыдущие столетия?

3. Какая граница науки обусловлена объектами и методами ее познания? Как соотносятся понятия «Вселенная» и «мир», или «мироздание» сточки зрения естественнонаучных представлений? Почему наука предпочитает оперировать понятием «Вселенная», а не «мир», оставляя последнее философии и религии.

4. На какой вопрос при всех своих достижениях и возможностях никогда не сможет ответить наука? В чем состоит граница, порождаемая ее инструментальным характером?

5. Как понимать утверждение о том, что чем больше наука открывает, тем больше она «закрывает», т. е. объявляет принципиально невозможным? Приведите какие-либо примеры, иллюстрирующие это положение.

6. В чем состоит граница науки, связанная с возрастом человечества?

7. 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?

2. Общие модели развития науки

До 20 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.

В 20 в. представление радикально изменилось: теперь считается, что в развитии науки есть не только эволюция, которая выражается в постепенности, плавности и последовательности, но и революции, т. е. кризисы, обвалы, скачки, перестройки и т. п. В настоящее время существует множество общих моделей развития науки. Наибольшую известность приобрели в 20 в. модель американского ученого Томаса Куна и модель британского ученого 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. Приведем несколько примеров научных парадигм.

1. Геоцентрическая парадигма (греч. ge – Земля) Аристотеля – Птолемея – представление, по которому в центре окружающего мира находится неподвижная Земля, а Солнце, Луна, звезды и другие небесные тела движутся вокруг нее. Эта парадигма просуществовала приблизительно 2000 лет.

2. Гелиоцентрическая парадигма (греч. helios – Солнце) Коперника – Галилея – Ньютона – представление, по которому в центре Вселенной находится Солнце, а Земля, вместе с другими небесными телами, движется вокруг него. Эта парадигма просуществовала примерно 500 лет.

3. Релятивистская парадигма Эйнштейна – представление, по которому у Вселенной вообще нет центра, равно как и границ, а вернее ее центром можно считать любую точку, только это будет условный, относительный центр (лат. relativus – относительный). Эта парадигма существует примерно 100 лет.

Можно привести и другие примеры научных парадигм, среди которых механика Ньютона, теория относительности Эйнштейна, теория эволюции Дарвина и т. п.

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, т. е. 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 меняется 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, т. е. 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 религиозную 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, т. е. 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 именно так, а не иначе.

По Куну развитие науки можно условно сравнить не с ростом симметричного дерева, тянущегося строго вверх, к солнцу, появление каждой ветки которого предсказуемо; а с ростом несимметричного кактуса, прирост которого может начаться с любой точки его поверхности и продолжаться в любую сторону. Причем с какой стороны научного «кактуса» возникнет вдруг «точка роста» новой парадигмы, принципиально непредсказуемо. Какая именно точка из многих возможных «пойдет в рост», зависит от случайного стечения обстоятельств. Из всего сказанного следует, что наша сегодняшняя научная картина мира могла бы быть совершенно другой. Какой именно, сказать невозможно (современная научная парадигма уже выбрана – примерно сто лет назад), но наверняка – не менее логичной, обоснованной и последовательной, чем нынешняя.

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, т. е. 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» (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» (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, т. к. «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 оценивается учеными вполне рационально. Вот что говорит по этому поводу Лакатос: «программа считается прогрессирующей тогда, когда ее теоретический рост предвосхищает ее эмпирический рост, т. е. когда она с некоторым успехом может предсказывать новые факты… программа регрессирует, если ее теоретический рост отстает от ее эмпирического роста, т. е. когда она дает только запоздалые объяснения либо случайных открытий, либо фактов, предвосхищаемых и открываемых конкурирующей программой» (Лакатос И. История науки и ее рациональные реконструкции // Структура и развитие науки. М.: Прогресс, 1978. С. 219–220).

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, безкризисное развитие науки – научная эволюция.

Проверьте себя

1. Какими были представления о развитии науки до 20 в.? Как они изменились в минувшем столетии? Какие общие модели развития науки приобрели наибольшую известность в 20 в.?

2. Как развивается наука с точки зрения Томаса Куна? Что такое научная парадигма? Приведите какие-нибудь примеры научных парадигм?

3. Какую роль играет парадигма в науке? Что такое научная революция? Каким образом, согласно Куну, происходит смена одной научной парадигмы другой?

4. В чем заключается главное отличие общей модели развития науки, предложенной Имре Лакатосом, от модели Куна? Что такое научно-исследовательская программа?