Как человек познавал мир

Земля и Вселенная. Смысл этих слов сегодня понятен каждому. Но слова эти существовали не всегда. На заре че­ловеческой истории люди жили родами и племенами на об­ширных пространствах Европы, Азии, Африки. Они занима­лись коллективной охотой на крупного зверя, рыбной ловлей, собиранием плодов и кореньев.

Вопроса «что такое мир?» люди в то время просто не поняли бы. Их миром была та среда, в которой обитали дан­ный род или племя, - с ее реками и лесами, пещерами и об­лаками... Недаром в ряде языков, в том числе и в древнерус­ском, слово «земля» некогда означало определенную геогра­фическую область или местожительство племени, народа. «О Русская земля, ты уже за холмом!» - восклицает автор «Сло­ва о полку Игореве», и мы понимаем, что речь идет не о зем­ном шаре, а о районе расселения восточных славян.

Повседневные наблюдения говорили также, что земля неподвижна и, кроме земного мира, не может быть ничего сущего. Небесная сфера, или твердь, была при этом необхо­дима, чтобы объяснить, откуда берется вода, падающая с небес в виде дождя, града или росы, и почему она все-таки не заливает землю. Представление о небесной тверди хорошо подкреплялось падением «небесных камней» - метеоритов.

Изо дня в день, из года в год человек убеждался на опы­те, что солнце, луна, планеты и звезды движутся по небу, восходят на востоке и заходят на западе. Но если уж сложи­лось представление о небесной тверди, не было ничего проще как прикрепить их к этой сфере и заставить двигаться вместе с ней. Для опровержения такого взгляда нужно было, по крайней мере, представить себе истинные размеры Земли и других небесных тел, их взаимные расстояния, понимать, что такое относительность движения и в чем состоит природа тяготения.

Астрономия - одна из самых древних наук. Еще на заре человечества охотники искали дорогу к своему стойбищу, ориентируясь по звездам. Большой толчок к изучению небес­ных явлений дал переход людей от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Сроки перегона скота и получе­ния приплода определялись прежде всего по фазам луны. Сезоны в земледелии связывались с высотой солнца над горизонтом, с годовыми изменениями положения звезд на небе.

Так повседневные производственные нужды людей ока­зались тесно связаны с расположением небесных светил. Но объяснить научно эту связь человек в ту пору был еще не в силах. Поэтому он стал поклоняться солнцу и луне, планетам и звездам как могущественным и прекрасным богам. Религия тесно переплелась с наблюдательной астрономией, возникли так называемые «астральные», т.е. звездные, культы. И такие процессы совершались тех территориях нашей планеты, где люди переходили к оседлому образу жизни.

Историки древнего мира говорят, что уровень, достигну­тый древней астрономией, был очень высок. Однако от нее была совершенно скрыта действительная природа изучаемых ею явлений. Древние астрономы, например, знали множество созвездий, могли рассчитать время захода и восхода луны, солнца, планет, наиболее крупных звезд, предсказывать сол­нечные и лунные затмения и т.п. Но при этом они совершенно ничего не знали (и не могли знать) о том, что представляют собой Земля, планеты и звезды, какое действительное поло­жение занимают они во Вселенной.

Вселенная древних была очень маленькой и тесной. И это не удивительно: ведь люди, создавая свои представления о ней, не имели другого масштаба, кроме земного. Древние греки сделали первые шаги к пра­вильному пониманию мира. Они порвали с религиозными мифами и впервые попытались понять устройство и масшта­бы мира с позиций науки. Исходные данные для этого они получили из путешествий и наблюдений.

Древнегреческий математик Пифагор (VI-V в. до н.э.), много путешествовавший, первым высказал мысль о шарооб­разности Земли. Философ Аристотель (IV в. до н. э.) доказы­вал, что Земля - шар, ибо в южных странах на небе появля­ются новые созвездия, не видимые в северных, а чем дальше мы двигаемся к северу, тем все больше появляется на небо­своде незаходящих звезд. Он ссылался также на то, что во время лунных затмений тень от Земли имеет на лунном диске круглую форму. Спустя много столетий во время кругосветно­го плавания Магеллана это доказательство шарообразности Земли вернуло мужество его морякам, которые, находясь почти три месяца в водах Тихого океана, пришли в отчаяние, думая, что никогда уже не вернутся домой и не увидят суши.

Древнегреческий историк Геродот рассказывал услы­шанную им во время посещения Египта легенду о путешест­вии финикийцев вокруг Африканского континента. Геродот не поверил легенде, так как в ней утверждалось, будто, огибая Африку с юга и плывя с востока на запад, путешественники видели солнце в полдень с правой стороны, т.е. на севере! «Этого не может быть!» - восклицает Геродот, хотя, с нашей точки зрения, такой рассказ был лучшим доказательством пребывания финикийцев в Южном полушарии.

Постепенно идея о том, что Земля - шар, висящий в про­странстве и ни на что не опирающийся, все шире распростра­нялась среди античных мыслителей. Архимед писал: «Ари­старх Самосский... полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своих мест в пространстве, что Земля дви­жется по окружности вокруг Солнца, находящегося в ее цен­тре».

Наконец, за 300 лет до нашей эры географ Эратосфен путем остроумного опыта определил подлинные размеры земного шара. Заметив, что в день летнего солнце­стояния в городе Сиене (теперь Асуан) солнце стоит в зените и поэтому освещает дно самого глубокого колодца, он изме­рил угол падения солнечных лучей в тот же день в Александ­рии. Зная расстояние между этими городами, Эратосфен лег­ко вычислил длину окружности земного шара. Его расчеты оказались близки к современным.

Шаг за шагом двигались люди к разгадке тайны миро­здания. Однако на этом пути у них были два серьезных пре­пятствия. Во-первых, люди не имели необходимых для на­блюдения небесных тел приборов. Во-вторых, успехи антич­ной науки были на много столетий приостановлены возникно­вением христианства.

Кстати об Александрии и знаменитой библиотеке (около 415г.н.э.):

Так как она (Ипатия) очень часто беседовала с Орестом (префект Александрии), то её обращение с ним подало повод к клевете [в церковном народе], будто бы она не дозволяла Оресту войти в дружбу с Кириллом (александрийский епископ). Посему люди с горячими головами, под начальством некоего [чтеца] Петра, однажды сговорились и подстерегли эту женщину. Когда она возвращалась откуда-то домой, они стащили её с носилок и привлекли к церкви, называемой Кесарион, потом, обнажив её, умертвили черепками, [разорвали на части], а [куски] тела снесли на место, называемое Кинарон, и там сожгли. …. Упомянутое событие произошло в четвёртый год епископства Кирилла, в десятый консульства Гонория и шестой Феодосия, в месяце марте, во время поста.

Еще в древнегреческой философии возникло течение, резко противопоставлявшее небесное и земное. В то время как великий материалист древности Демокрит (V-IV вв. до н.э.) развенчивал веру в богов и отрицал божественность небесных светил, Платон (V-IV вв. до н.э.), философ-идеалист, говорил, что астрономия изучает на небе идеаль­ный мир, соответствующий достоинствам обитающих там богов. Платон учил, что все небесные светила прикреплены к хрустальным сферам и движение их равномерно и совершен­но. Все небесное, по учению Платона, вечно и неизменно. Это представление поддерживал и ученик Платона Аристо­тель. Он считал, что земной мир состоит из четырех элемен­тов - огня, воздуха, воды и земли. Но этот изменяющийся «подлунный» мир простирается только до луны, за которой расположен мир совершенный и неизменный, где господству­ет пятый элемент - невесомый эфир. Латинское название пятого элемента - квинтэссенция - и до сих пор сохраняется в нашем языке как символ чего-то самого главного в каждой вещи, явлении.

Представления Платона и Аристотеля оказали сильное влияние на картину мира, созданную греческим астрономом Птолемеем во II в. до н.э. Птолемей пытался объяснить ви­димые движения по небосводу планет Солнечной системы - Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна. Как теперь известно, путь этих светил на нашем небе приобретает сложный вид потому, что мы наблюдаем их, сами находясь в движении вокруг Солнца. Два движения складываются и дают сложную види­мую кривую. Птолемей же считал, что Земля находится в цен­тре мира и не может двигаться. Поэтому он придумал слож­ную схему, согласно которой Солнце оказывается на третьем месте от Земли, а каждая планета движется не только вокруг Земли, но еще и по дополнительным орбитам (эпициклам), объясняющим видимые пути планет на земном небе.

Система Птолемея была поставлена под сомнение поль­ским математиком и астрономом Николаем Коперником (1473-1543).

Выдающийся мыслитель, Николай Коперник в течение более чем 30 лет разрабатывал идею гелиоцентрической картины мира (от греческого «Гелиос»-«Солнце»), в соответ­ствии с которой Земля оказывается рядовой планетой, в чис­ле прочих обращающейся вокруг центрального светила -Солнца. Коперник решительно отбросил былые предрассудки о том, что Земля является центром мира и центром тяжести, вокруг которого якобы должны двигаться все небесные тела.

Трактат Коперника «Об обращении небесных сфер» вы­шел в свет лишь незадолго до его смерти, в 1543 г. Он произ­вел настоящий переворот в представлениях ученых о Все­ленной. Коперник доказывал, что не Вселенная движется вокруг неподвижной Земли, а, наоборот, Земля перемещает­ся в космическом пространстве. Провозглашая идею относи­тельности движения, великий польский ученый поставил во­прос о том, что видимое нашим взором должно быть понято с учетом движения того тела, откуда ведется наблюдение.

Однако до тех пор, пока гипотеза не была доказана, церковь не особенно тревожилась. Решительная борьба против коперниковских идей началась лишь после того, как итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642) направил в небо увеличительную трубу собственной конст­рукции.

Случилось это в конце 1609 г. Труба Галилея была, по сегодняшним представлениям, совсем маленькой: она увели­чивала всего в 30 раз. Но открытия, сделанные Галилеем в течение нескольких месяцев, опрокинули все имевшиеся у людей представления о мире, его масштабах и устройстве.

Прежде всего оказалось, что небеса состоят из таких же материальных объектов, как и Земля: на Луне обнаружились горы, «моря» и долины; на Солнце - этом символе божест­венной чистоты - пятна (как теперь известно, возмущения солнечной атмосферы, создающие вихри на ее поверхности); Млечный Путь распался на бесчисленное множество отдель­ных звезд и т. д. Оказалось также, что неверна и теория о тяготении всех небесных тел к центру мира - Земле. Уже при первых наблюдениях Галилей обнаружил, что вокруг планеты Юпитер движутся четыре спутника и что, следовательно, во Вселенной помимо Земли могут быть другие центры притя­жения.

Наблюдения Венеры обнаружили, что она проходит, по­добно Луне, смену видимых фаз, приобретая вид то узкого серпика, то полного диска. Это было прямым доказательст­вом ее обращения вокруг Солнца.

Так за несколько месяцев рухнула под ударами новых фактов вся средневековая картина мира. Недаром Галилея, совершившего этот научный подвиг, современники прозвали «Колумбом Вселенной».

Таким образом, изучение мира, окружавшего человека, привело к расшире­нию его знаний о природе, к созданию целой системы наук, изучающих природу, к созданию естествознания.

Естествознание - система наук о природе, совокупность естественных наук, взятая как единое целое. В настоящее время под естествознанием понимают формализованное (физико-математическое) и не­формализованное содержательное (например, биология, химия, география), конкретное (например, антропология) ес­тествознание, т.е. точное знание о всем, что действительно есть во Вселенной или, возможно, есть во Вселенной. Это знание часто можно выразить в виде математических фор­мул.

По своему содержанию и по методу изучения явлений природы естествознание может быть разделено на эмпириче­ское и теоретическое, а по характеру своего объекта - на неорганическое и органическое. Неорганическое естество­знание имеет своим предметом механические, физические, химические и иные явления. Органическое естествознание своим предметом изучения имеет явления жизни, или живую природу. Конечно, такое деление естествознания является довольно условным, так как достаточно сложно разделить неорганические и органические вещества, то есть вещества относящиеся к живой и неживой природе.

Таким делением определяется внутренняя структура ес­тествознания, классификация наук. В середине XIX в. целым рядов естествоиспытателей и философов, среди которых были Ф. Энгельс и химик Ф. Кекуле, на основе тщательного изучения истории развития естественных наук были выдвину­ты идеи об иерархии наук в форме четырех последователь­ных ступеней: механика, физика, химия, биология. В настоя­щее время науки о природе (или науку о природе) подразде­ляют на такие более или менее самостоятельные разделы, как физика, химия, биология, психология. Механика включена в физику. Среди наук о природе появилась психология.

Физика имеет дело не только со всевозможными матери­альными телами, но и с материей вообще. Химия имеет дело со всевозможными видами субстанциональной материи, т.е. с различными веществами. Биология - со всевозможными жи­выми организмами. Психология изучает различные разумные существа. Но это деление достаточно условно, так как систе­матически возникают междисциплинарные проблемы, кото­рые решают пограничные дисциплины (биофизика, биохимия, психофизика, физическая химия и т.д.).

Далее идет переход к общественным наукам и наукам о мышлении. Вся история естествознания показывает основу, на которой оно находится. Это логически обоснованная ма­тематика. Без математики невозможно решить никакие про­блемы естествознания.

Между естественными и социальными науками распола­гаются технические науки (включая сельскохозяйственные и медицинские). Дифференциация наук и их интеграция в про­цессе развития человеческого общества привели к возникно­вению новых наук (квантовая механика, ядерная физика, био­химия, бионика, геохимия, космохимия и др.). Особое место занимает кибернетика, представляющая собой раздел техни­ческих и математических наук, но глубоко проникающая в другие естественные и общественные науки. Естественные науки вместе с науками о человеке и обществе являются со­ставными частями общечеловеческой культуры. Известны многие литературные произведения, внесшие вклад в разви­тие естествознание. Такими являются диалоги древнегрече­ского философа Платона (428 -348 гг. до н.э.), поэма «О при­роде вещей Тита Лукреция Кара (1 век до н.э.), «Естественная история» Ж. Бюффона (1707 - 1788), труды М.В. Ломоносова.

Гуманитарные науки, литература, искусство, религия сильно влияют на развитие естественных наук, на формирование мировоззрения естествоиспытателей.

Во взаимодействии науки, технологии, литературы, ис­кусства возникают новые виды искусств. Так возникло книго­печатание, радио, кино, телевидение, компьютерная графика и др.

Каждый предмет природы является сложным образова­нием, т.е. состоит и каких-либо частей. Так, вещество может состоять из молекул, молекулы - из атомов, атом - из нукло­нов и электронов, нуклоны или антинуклоны - из кварков или антикварков. Кварки в свободном состоянии не существуют и уже не имеют отдельных составных частей. Но по современ­ным космологическим представлениям потенциально могут содержать в себе целые квазизамкнутые макромиры, имею­щие собственные составные части. И это можно повторять до бесконечности. В этом состоит макромикросимметрия Все­ленной, или циклическая замкнутость ее структур.

Аналогично и естествознание как система наук о природе состоит из основных частей, последовательно вложенных друг в друга: космология, физика, химия, биология, психоло­гия. Кроме того, естествознание включает в себя многие дру­гие, более частные естественные науки (астрономию, геогра­фию и др.).

Химия, имеющая своим непосредственным основанием физику, сама является основанием биологии и оказывается характерным ключевым примером для последовательного развертывания всего естествознания по магистральному вос­ходящему пути от исходной физики до психологии. Психоло­гия, занимая высшее место, потенциально циклически замы­кается с исходной физикой:

Какие свойства должна иметь совокупность естественных наук, чтобы она могла рассматриваться как целое? Решение этого вопроса можно найти в системном подходе, или сис­темном анализе изучаемых объектов. Суть системного под­хода легче понять, рассматривая развитие химии в первой половине XIX в. В 1830-х гг. шведский химик И.Я. Берцеллиус выдвинул электрохимическую теорию химической связи, со­гласно которой молекулы образуются из атомов за счет элек­тростатического притяжения разноименно заряженных ато­мов или атомных групп. Так, например, хлорид натрия обра­зуется при притяжении положительно заряженного натрия и отрицательно заряженного хлора: Na+Cl^-. При этом каждый из этих элементов может существовать самостоятельно. Или сульфат натрия Na₂SO₄ состоит из двух оксидов Na₂O и SO₃, которые за счет электростатического взаимодействия обра­зуют данную молекулу. И в этом случае оба оксида могут су­ществовать самостоятельно.

Но в 40-х гг. XIX в. крупнейший французский химик Шарль Жерар установил, что теория Берцеллиуса может быть при­менена только к редким примерам построения молекул. В подавляющем большинстве молекулы состоят из атомов и атомных групп, так прочно связанных, что их самостоятель­ное существование без существенного изменения их качест­венного состояния невозможно. Распад молекул на части приводит к качественно новым веществам. Так, метан СН₄, теряя только один атом водорода, превращается в радикал метил, который в свободном состоянии существовать не мо­жет и образует этан: СН₃ + СН₃ -> С₂Н₆. При потере двух ато­мов водорода образуется метилен СН₂, также не существую­щий в свободном состоянии и образующий этилен С₂Н₄.

Молекулу Жерар назвал унитарной системой. Ученый также показал, что существует два вида множеств: множество суммативное, или аддитивное (полученное путем простого сложения) и множество системное, или просто система. В отличие от аддитивного множества, система представляет собой такое множество элементов, в котором все элементы не только тесно взаимосвязаны друг с другом, но влияют друг на друга и качественно преобразуют друг друга. Жерар при­вел убедительные примеры, подтверждающие это положе­ние. Так, один и тот же элемент водород в составе различных молекул проявляет себя в совершенно различных качествах. В молекуле водорода он нейтрален и очень прочно связан со вторым атомом водорода: энергия связи Н-Н равна 432 кДж/моль. В молекуле бромистого водорода HBr водород представляет собой положительно заряженный катион Н⁺, и энергия связи H-Br составляет 358,9 кДж/моль. В гидриде натрия NaH водород является отрицательно заряженным ионом Н^-, и энергия связи Na-H составляет всего 196,7 кДж/моль. Таким образом, включая один и тот же элемент, система делает его различным в зависимости от связанных с ним партнеров.

Открытие Жерара заинтересовало философов, которые с его помощью нашли объяснение диалектическому закону перехода количества в качество, или переходу количествен­ных изменений в качественные. Атомарный кислород О имеет одни свойства, молекулярный кислород О₂ имеет другие свойства, а озон О₃ имеет свойства, отличные от двух предшествующих. Следовательно, изменение качест­ва под влиянием количественных изменений может происхо­дить только в том случае, если объект имеет системный ха­рактер.

Таким образом, система - такая совокупность элементов, в которой существуют их взаимное влияние и качественное взаимное преобразование. Система представляет единое целое, из которого нельзя отнять ни одного элемента, не из­менив при этом качества всего целого.