Естествознание в средневековой Европе

Естествознание в средневековой Европе.

В то же самое время в Европе читали, главным образом, Библию, предавались рыцарским турнирам, войнам, походам. Была распространена куртуазная лите¬ратура, посвященная прекрасным дамам и рыцарской любви. Толь¬ко единицы имели склонность к философии и серьезной литературе времен античности. Однако естествознание развивалось и в средневековой Европе, причем его развитие шло по самым разным путям.

Особо необходимо упомянуть поиски алхимиков и влияние университетов, ко¬торые были чисто европейским порождением. Огромное число от¬крытий в алхимии было сделано косвенно. Недостижимая цель (философский камень, человеческое бессмертие) требовала конк¬ретных шагов, и, благодаря глубоким знаниям и скрупулезности в исследованиях, алхимики открыли новые законы, вещества, хи¬мические элементы. С XIII в. в Европе начинают появляться университеты. Самыми первыми были университеты в Болонье и Париже. Благодаря уни¬верситетам возникло сословие ученых и преподавателей христиан¬ской религии, которое можно считать фундаментом сословия ин¬теллектуалов. 1.6. Этап, называемый «научной революцией». Периодом «научной революции» иногда называют время между 1543 и 1687 гг. Первая дата соответствует публикации Н. Копер¬ником работы «Об обращениях небесных сфер»; вторая — И. Нью¬тоном «Математические начала натуральной философии». Все на¬чалось с астрономической революции Коперника, Тихо Браге, Кеплера, Галилея, которая разрушила космологию Аристотеля — Птолемея, просуществовавшую около полутора тысяч лет.  Копер¬ник поместил в центр мира не Землю, а Солнце;  Тихо Браге — идейный противник Коперника — движущей си¬лой, приводящей планеты в движение, считал магне¬тическую силу Солнца, идею материального круга (сферы) заменил совре¬менной идеей орбиты, ввел в практику наблюдение пла¬нет во время их движения по небу;  Кеплер, ученик Браге, осуществил наиболее полную обработку результатов наблюдений своего учителя: вместо круговых орбит ввел эллип¬тические он количественно опи¬сал характер движения планет по этим орбитам;  Галилей показал ошибочность различения физики земной и физики небесной, доказывая, что Луна имеет ту же природу, что и Земля, и формируя принцип инерции.

Обосновал автономию научного мышления и две но¬вые отрасли науки: статику и динамику.

Он «подвел фундамент» под выдающиеся обобщения Ньютона, которые мы рассмотрим далее.  Данный ряд ученых завершает Ньютон, который в своей теории гравитации объеди¬нил физику Галилея и физику Кеплера.

В течение этого периода изменился не только образ мира. Из¬менились и представления о человеке, о науке, об ученом, о научном поиске и научных институтах, об отношениях между наукой и обществом, между наукой и философией, между научным знани¬ем и религиозной верой.

Выделим во всем этом следующие основ¬ные моменты. 1. Земля, по Копернику, — не центр Вселенной, созданной Богом, а небесное тело, как и другие.

Но если Земля — обычное небесное тело, то не может ли быть так, что люди обитают и на других планетах? 2. Наука становится не привилегией отдельного мага или про¬свещенного астролога, не комментарием к мыслям авторитета (Ари¬стотеля), который все сказал. Теперь наука — исследование и рас¬крытие мира природы, ее основу теперь составляет эксперимент. Появилась необходимость в специальном строгом языке. 3. Наиболее характерная черта возникшей науки — ее метод.

Он допускает общественный контроль, и именно поэтому наука ста¬новится социальной. 4. Начиная с Галилея наука намерена исследовать не что, а как, не субстанцию, а функцию. Научная революция порождает современного ученого-эксперимен¬татора, сила которого — в эксперименте, становящемся все более и более точным, строгим благодаря новым измерительным прибо¬рам. Новое знание опирается на союз теории и практики, который часто получает развитие в кооперации ученых, с одной стороны, и техников и мастеров высшего разряда (инженеров, художников, гидравликов, архитекторов и т.д.) — с другой.

Возникновение нового метода исследования – научного эксперимента оказало огромное влияние на дальнейшее развитие науки. Глава 2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ НАУЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА, КАК МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ Основной метод исследований Нового времени — научный эксперимент, который отличается от всех возможных наблюде¬ний тем, что предварительно формулируется гипотеза, а все на¬блюдения и измерения направлены на ее подтверждение или оп¬ровержение.

Экспериментальный метод начал готовить к разработке еще Леонардо да Винчи (1452-1519). Но Леонардо жил за сто лет до этой эпохи, и у него не было соответствующих технических воз¬можностей и условий. Не разработана была также логическая струк¬тура экспериментального метода. Эксперименту Леонардо да Винчи недоставало строгости оп¬ределений и точности измерений, но можно только восхищаться универсальностью ума этого человека, которой восторгались его современники и которая поражает сегодня нас. С методологической точки зре¬ния Леонардо можно считать предшественником Галилея.

Помимо опыта он придавал исключительное значение математике. «Лучше маленькая точность, чем большая ложь», — утверждал он. Начало экспериментальному методу Нового времени положи¬ло изобретение двух важнейших инструментов: сложного микро¬скопа (ок. 1590 г.) и телескопа (ок. 1608 г.). Уже древние греки были знакомы с увеличительной силой линзовых стекол.

Но сущ¬ность и микроскопа, и телескопа заключается в соединении не¬скольких увеличительных стекол. По-видимому, первоначально такое соединение произошло случайно, а не под влиянием какой-нибудь руководящей теоретической идеи. Первый микроскоп изоб¬рел, по всей видимости, голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен, первую подзорную трубу — голландский оптик Франц Липперстей. С появлением телескопов развитие астрономии поднялось на качественно новый уровень.

Были открыты (еще Галилеем) четы¬ре наиболее крупных спутника Юпитера, множество новых, не видимых невооруженным взглядом, звезд; было достоверно уста¬новлено, что туманности и галактики являются огромным скопле¬нием звезд. Кроме того, были обнаружены темные пятна на Солн¬це, которые вызвали особые возражения и даже ярость руководи¬телей католической церкви. К середине XVII в. выдающийся астроном Гевелий изготовил первую карту Луны. Именно он впервые предложил принятые в настоящее время названия темных пятен Луны — океаны и моря. Гевелию удалось наблюдать девять больших комет, что положило начало их систематическому исследованию.

В конце века Тихо Бра¬ге усовершенствовал технику наблюдений и измерений астроно¬мических явлений, достигнув предела возможностей использованного им оборудования. Он также ввел, как отмечалось выше, в практику наблюдения пла¬нет во время их движения по небу. В Новое время, во многом благодаря экспериментальному методу, были объяснены многие довольно простые яв¬ления, над которыми человечество задумывалось в течение многих веков, а также были высказаны идеи, определившие научные поиски на века вперед.  Законы функционирования линз удалось объяснить Кеплеру;  Проблему «почему вода в насосах не поднимается выше 10,36 м» - Торричелли сумел связать с давлением ат¬мосферы на дно колодца.  Правильные объяс¬нения приливов и отливов в морях и океанах, дали Кеплер (начало рассуждений) и Ньютон.  Причина цветов тел была установлена Ньютоном.

Его теория цветов представляет собой одно из выдающихся достижений оп¬тики, сохранившее значение до настоящего времени.

Ньютон также начал разработку эмиссионной и волновой теорий света, современный фундамент которой создал Гюйгенс. В XVI-XVII вв. наблюдается бурный расцвет анатомических исследований. В 1543—1544 гг. А. Везалий опубликовал книгу «О стро¬ении человеческого тела», которая была прекрасно иллюстриро¬вана и сразу же получила широкое распространение.

Она считается первым скрупулезным описанием анатомии из всех известных человечеству. Но это было, если так можно выразиться, развитием статических представле¬ний о человеческом теле. У. Гарвей (1578—1657) продвинул дело гораздо дальше, начав развитие биологических аспектов механистической философии. Он заложил основы экспериментальной физиологии и правильно по¬нял основную схему циркуляции крови в организме. Гарвей вос¬принимал сердце как насос, вены и артерии — как трубы.

Кровь он рассматривал как движущуюся под давлением жидкость, а ра¬боту венозных клапанов уподоблял клапанам механическим. В спо¬рах со своими коллегами Гарвей утверждал, что «никакого жиз¬ненного духа» (эфирного тела) ни в каких частях организма не обнаружено. Глава 3. РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ В истории естествознания процесс накопления знаний сменял¬ся периодами научных революций, когда происходила ломка ста¬рых представлений и взамен их возникали новые теории.

Крупные научные революции связаны с такими достижения человеческой мысли, как:  учение о гелиоцентрической системе мира Н. Копер¬ника,  создание классической механики И. Ньютоном,  ряд фунда¬ментальных открытий в биологии, геологии, химии и физике в первой половине XIX столетия, подтвердившие процесс эволю¬ционного развития природы и установившие тесную взаимосвязь многих явлений природы,  крупные открытия в нача¬ле XX столетия в области микромира, создание квантовой меха¬ники и теории относительности.

Рассмотрим эти основные достижения.  Польский астроном Н. Коперник в труде «Об обращении не¬бесных сфер» предложил гелиоцентрическую картину мира вмес¬то прежней птолемеевой (геоцентрической). Она явилась продол¬жением космологических идей Аристотеля, и на нее опиралась религиозная картина мира. Заслуга Н. Коперника состояла также в том, что он устранил вопрос о «перводвигателе» движения во Вселенной, так как, согласно его учению, движение является есте¬ственным свойством всех небесных и земных тел. Вполне понятно, что его учение не соответствовало мировоззрению католической церкви, и с этого времени начинается противостояние науки и церкви по главным вопросам, касающимся природы. «Трудно переоценить значение и влияние гелиоцентрической кар¬тины мира на все естественные науки.

Это было поистине яркое событие в истории естествознания: вместо прежнего неверного каркаса мироздания была введена истинная система координат околоземного космоса» .  Сравнимые по масштабу перемены в теоретической физике произошли в XVII в. Был осуществлен переход от аристотелевой физики к ньютоновой, которая господствовала в западной науке в течение трех столетий.

Используя эту модель, физика достигла прогресса и выгодно отличалась от других дисциплин. Ее законы приобрели математическую формулировку, она доказала свою эф¬фективность при решении многих проблем. С тех пор западная наука добилась крупных успехов и стала мощной силой, преобразую¬щей мир. К тому же она определенным образом формировала ми¬ровоззрение ученых. Вступала в силу механистическая картина мира.  Говоря о создании механики Ньютоном, нельзя не упомянуть имя Галилео Галилея, который стоял у ее истоков.

Его принцип инерции был крупнейшим достижением человеческой мысли: предложив его миру, он решил фундаментальную проблему — проблему движения. Уже одного этого открытия было бы достаточно для того, чтобы Галилей стал выдающимся ученым Нового времени.

Однако его научные результаты разнообразны и глубоки. Он исследовал свободное падение тел и установил, что скорость сво¬бодного падения тел не зависит от их массы (в отличие от Арис¬тотеля) и траектория брошенного тела представляет собой пара¬болу. Известны его астрономические наблюдения Солнца, Луны, Юпитера. В работе «Диалог о двух системах мира — Птолемеевой и Коперниковой» он доказал правильность гелиоцентрической кар¬тины мира, утверждению которой способствовали передовые уче¬ные того времени.  Первый закон механики Ньютона — это принцип инерции, сформулированный Галилеем.

Во втором законе механики Ньютон утверждает, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропор¬ционально приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела. И третий закон механики Ньютона есть закон действия и противодействия: действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению.

И еще один за¬кон, предложенный Ньютоном, закон всемирного тяготения, зву¬чит так: все тела взаимно притягиваются прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это — универсальный закон природы, на основе которого была построена теория Солнечной системы. «Механика Ньютона поражает своей простотой. Она имеет дело с материальными точками и расстояниями между ними и, таким образом, является идеализацией реального физического мира. Но благодаря этой простоте стало возможным построение замкнутой механической картины мира. Его теория использовала строгий матема¬тический аппарат и опиралась на научный эксперимент.

Именно такая тенденция наметилась в физике после его работ» . Благодаря трудам Галилея и Ньютона XVIII век считается на¬чалом того длительного периода времени, когда господствовало механистическое мировоззрение.  Развитие биологии в XVIII веке также не обходилось без революционных открытий в то время шло своим путем:  Г. Мендель (1822-1884) от¬крыл законы наследственности, скрещивая семена гороха в тече¬ние восьми лет.  Исследуя бактерии, Л. Пастер показал, что они присутствуют в атмосфере, распространяются капельным путем и их можно разрушить высокой температурой.

В XIX в. микробиоло¬гия помогала побеждать инфекционные болезни.  Итогом раз¬вития эволюционной концепции стала работа Ч. Дарвина (1809— 1882) «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Эта теория имела такое же влияние на умы людей, какое в свое время имела теория Коперника.

Это была научная революция в области биологии. Можно сказать, что коперниковская революция указала место человека в пространстве, а теория Дарвина опреде¬лила место человека во временной шкале мира.  Следующая научная революция, после которой резко измени¬лась система взглядов и подходов, также связана с физикой. Это произошло в конце XIX — начале XX столетия. Толчком к построению новой физической картины мира послужил ряд новых эксперименталь¬ных фактов, которые не могли быть описаны в рамках старых тео¬рий, как это обычно бывает в науке.

К таким фактам относятся прежде всего:  исследования Фарадея по электрическим явлениям,  работы Максвелла и Герца по электродинамике,  изучение явле¬ния радиоактивности Беккерелем,  открытие первой элементарной частицы (электрона) Томсоном и т.д. Проникая в область микромира, физики столкнулись с неожи¬данными проявлениями физической реальности, для описания которой возникла потребность в новой теории, ибо сделать это с помощью классической механики не удавалось.

Поэтапно, благодаря работам ряда физиков и глав¬ным образом Бора, Гейзенберга, Шредингера, Планка, де Бройля и других, была построена физическая теория микромира, создана кван¬товая механика. Согласно этой теории, движение микрочастиц в пространстве и времени не имеет ничего общего с механическим движением макрообъектов и подчиняется соотношению неопреде¬ленностей: если известно положение микрочастицы в пространстве, то остается неизвестным ее импульс и наоборот.  В 1905 г. А. Эйнштейн создал специальную теорию относитель¬ности, в которой свойства пространства и времени связаны с ма¬терией и вне материи теряют смысл. Эта теория дает преобразова¬ние пространственных и временных координат тел, которые дви¬гаются со скоростями, сравнимыми со скоростью света.

Вторая часть теории, которая называется общей теорией относительнос¬ти, связывает присутствие больших гравитационных полей (или массы) с искривлением пространства.

Эта часть теории использу¬ется в космологических моделях.