Третья глобальная научная революция

Третья глобальная научная революция охватывает период с конца XIX века и до середины XX столетия.

В этот период были окончательно преодолены остатки пре­жних механистических представлений о мире, созданы прин­ципиально новые, квантово-релятивистские представления о физической реальности, резко интенсифицировался процесс ма­тематизации науки, в особенности, физики (многие новые ре­зультаты в физике стало возможным получить только матема­тическим путем).

В период третьей глобальной научной революции происхо­дит своеобразная цепная реакция революционных перемен в раз­личных областях знания: в физике (открытие сложного строе­ния атома, становление релятивистской и квантовой теории), в космологии (концепция нестационарной Вселенной), в биоло­гии (возникновение молекулярной биологии, становление гене­тики). В конце периода третьей глобальной научной революции возникает кибернетика, сыгравшая важную роль в формирова­ние современной научной картины мира.

Если первая и вторая глобальные научные революции при­вели к формированию и развитию классической науки и ее стиля мышления, то третья глобальная научная ре­волюция вызвала появление неклассической науки и пре­образование прежнего стиля научного мышления.

Идеалы и нормы новой, неклассической науки характеризо­вались «пониманием относительной истинности теорий и кар­тины природы, выработанной на том или ином этапе развития

естество-знания. В противовес идеалу единственно истинной те­ории, «фотографирующей» исследуемвге объектвг, допускается истинноств несколвких отличающихся друг от друга конкрет- HBix теоретических описаний одной и той же реалвности, по- сколвку в каждом из них может содержатвся момент объектив- 14 но-истинного знания».

«В неклассической науке принимаются такие типы объясне­ния и описания, которые в явном виде содержат ссылки на сред­ства и операции познавательной деятельности.

Подводя итог сказанному, еще раз подчеркнем, что «возник­новению и развитию третьей глобальной научной революции спо­собствовало открытие специфики законов микро-, макро- и ме­гамира в физике и космологии, интенсивное исследование ме­ханизмов наследственности..., обнаружение кибернетикой общих законов управления и обратной связи. Тем самым создавались предпосылки для построения целостной картины природы, в которой прослеживалась иерархическая организованность Все­ленной как сложного динамического единства. Картина мира, в свою очередь, рассматривалась не как точный и окончатель­ный портрет природы, а как постоянно уточняемая и развиваю- 16 щаяся система относительно истинного знания о мире».

Рождение квантовой и релятивистской физики. Еще в конце XIX в. большинство ученых склонялись к точке зрения, что фи­зическая картина мира в основном построена и останется в даль­нейшем незыблемой. Предстоит уточнять лишь детали. Но в первые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом. Это было следствием «каскада» научных от­крытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого истори­ческого периода, охватывающего последние годы XIX столетия и первые десятилетия XX в.

В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (1852 — 1908) открыл явление самопроизвольного излучения

урановой соли. А годом раньше, в 1897 г., в лаборатории Кавенди­ша и Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон(1856- 1940) открыл первую элементарную частицу — электрон.

В 1911 г. знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. По его мнению, атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, которые обращаются вокруг него.

Но планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный не­достаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Мак­свелла.

Разрешение возникших противоречий выпало на долю извес­тного датского физика Нильса Бора(1885-1962), предложив­шего свое представление об атоме. Зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, Н. Бор разработал 1913 г. кван­товую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существуют дискретные (стационар­ные состояния), находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию (квант) энергии.

Предложенная Бором модель атома, которая возникла в ре­зультате развития исследований радиоактивного излучения и квантовой теории, фактически явилась дополненным и исправ­ленным вариантом планетарной модели Резерфорда. Поэтому в истории атомной физики говорят о квантовой модели атома Ре­зерфорда — Бора.

Резерфорд и Содди дали трактовку радиоактивного распада как процесса превращения химических элементов из одних в другие. Это было поистине научной сенсацией.

Наука XX века принесла немало сенсационных открытий, мно­гие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта. Ярким примером этого может служить теория относительности, созданная в начале нашего сто­летия мало кому известным тогда мыслителем Альбертом Эй­нштейном(1879-1955).

В 1905 г. им была создана так называемая специальная те­ория относительности. В этой теории было установлено, что про-

странственно-временные свойства тел меняются с изменением скорости их движения.

Новые аспекты зависимости пространственно-времен­ных характеристик от материальных процессов раскры­ла общая теория относительности (1916 г.). Согласно этой теории пространство в разных частях Вселенной имеет различную кривизну и описывается неевклидовой геометрией. Кривизна пространства обусловлена действи­ем гравитационных полей, создаваемых огромными мас­сами космических тел. Эти поля вызывают и замедле­ние хода протекания материальных процессов.

Проведеннвге в этот же период исследования фотона показа­ли, что фотон — это одновременно и волна и частица. Распрост­раняется он как волна, излучается и поглощается как частица.

В 1924 г. произошло крупное событие в истории физики: французский ученый Луи де Бройль (1892 — 1987) выдвинул идею о волновых свойствах материи.

Наиболее убедителвное подтверждение существования волно­вых свойств материи было получено в резулвтате открытия (на­блюдений) дифракции электронов в эксперименте, поставлен­ном в 1927 г. американскими физиками Клинтоном Дэвиссо­ном(1881-1958) и Лестером Джермером(1896-1971). Быст­рые электроны, проходя сквозв оченв тонкие пластинки метал­ла, вели себя подобно свету, проходящему мимо малых отвер­стий или узких щелей.

Эксперименталвно подтвержденная гипотеза де Бройля пре- вратиласв в принципиалвную основу, пожалуй, наиболее широ­кой физической теории — квантовой механики. У объектов мик­ромира, рассматриваемых с ее позиций, обнаружилисъ такие свойства, которые совершенно не имеют аналогий в привычном нам мире. Прежде всего это корпускулярно-волновая двойствен- ностъ, или дуализм элементарных частиц (это и корпускулы и волны одновременно, а точнее — диалектическое единство свойств тех и других). Движение микрочастиц в пространстве и време­ни нелъзя отождествлятъ с механическим движением макрообъ-

екта.

Углубление познания в весьма сложные, совершенно необыч­ные для «здравого смысла» процессы микромира, потребовали изменения стиля научного мышления. По этому поводу извест­ный американский физик Ричард Фейнман писал следующее: «Раз поведение атомов так не похоже на наш обыденный опыт, то к нему оченв трудно привыкнутв. И новичку в науке, и опытно­му физику — всем оно кажется своеобразным и туманным. Даже болвшие ученые не понимают его настолвко, как им хотелосв бы, и это совершенно естественно, потому что весв непосредствен­ный опыт человека, вся его интуиция — все прилагается к круп­ным телам. Мы знаем, что будет с болвшим предметом; но имен­но так мелвчайшие телвца не поступают. Поэтому, изучая их, приходится прибегатв к различного рода абстракциям, напря- гатв воображение и не пытатвся связыватв их с нашим непосред­ственным опытом».

Революционные открытия в физике перевернули ранее суще­ствующие взгляды на мир. Исчезла убежденноств в универсалв- ности законов классической механики. Теперв уже вряд ли мож­но найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решитв с помощвю механических понятий и уравнений. Рождение и развитие атомной физики, таким образом, оконча- телвно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.

Вместе с этим закончился прежний, так называемый клас­сический период в развитии естествознания, характерный для эпохи Нового времени. Наступил новый этап неклассического естествознания XX века, характеризующийся, в частности, но­выми, квантово-релятивистскими представлениями о физичес­кой реалвности.

Релятивистская космология. В 20-е годы XX века был сде­лан ряд открытий, которые привели к возникновению современ­ной космологии.

Еще в 1922 году отечественный математик и геофизик А.А.

До утверждения этой теории существовала теория стационар­ного состояния, согласно которой Вселенная всегда бвгла почти такой, какой мвг видим ее сейчас. В XVIII—XIX веках и даже в начале XX века в астрономии господствовал взгляд на Вселен­ную как на нечто статическое, не изменяющееся.

На теоретические ввгводвг А.А. Фридмана ученвге не обраща­ли внимание вплотв до открвгтия американским астроном Эдви­ном Хабблом в 1929 году так называемого «красного смеще­ния». Дело в том, что еще в XIX веке австрийский физик и астроном Кристиан Доплер обнаружил следующее явление: если источник света приближается, спектралвнвге линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону бо­лее длинных (краснвгх) волн. Это явление бвгло названо эффек­том Доплера. Э. Хаббл открыл «красное смещение» для всех далеких источников света. «Красное смещение» оказалосв про- порционалвнвгм расстоянию до источника, что подтверждало ги­потезу о расширении видимой части Вселенной. Тем самвгм те­оретически построеннвге Фридманом модели нестационарной Все­ленной были обоснованы резулвтатами наблюдений.

Существуют два различных варианта моделей Фридмана.

Если средняя плотноств материи во Вселенной менвше неко­торой критической величины или равна ей, то тогда Вселенная должна бытв пространственно бесконечной. В этом случае совре­менное расширение Вселенной будет продолжатвся всегда.

В то же время, если плотноств материи во Вселенной болвше той же критической величины, тогда гравитационное поле, по­рожденное материей, искривляет Вселенную, замыкая ее на себя. Вселенная в этом случае представляет собой нечто вроде гигант­ской сферы. Гравитационные поля достаточно силвны для того, чтобы в конце концов остановитв расширение Вселенной. Поэто­му рано или поздно она начнет снова сжиматвся к состоянию бесконечно болвшой плотности.

Становление и развитие генетики. Биология первой поло­вины XX века основываласв на тех достижениях, которые были сделаны в этой науке во второй половине XIX века: создание Ч. Дарвином эволюционного учения, основополагающие работы К. Бернара в области физиологии, важнейшие исследования Л. Пастера, Р. Коха и И.И. Мечникова в области микробиологии и иммунологии, работы И.М. Сеченова и И.И. Павлова в области высшей нервной деятелвности и, наконец, блестящие работы Г. Менделя.

В начале XX века биологами вторично были открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установленные Менделем. Развитие генетики после этого происходило быстро. Было принято понятие «ген», введенное известным датским био­логом Вильгельмом Иогансоном (1857—1927) в 1909 году и оз­начающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака.

Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) — высоко­молекулярное соединение, носитель наследственных признаков.

Американский биолог Томас Хант Морган(1866-19*45) сформулировал хромосомную теорию наследственности. Хро­мосомная теория наследственности сделала более понятными яв­ления расщепления в наследовании признаков.

Важным событием в развитии генетики стало открытие му­таций — внезапно возникающих изменений в наследственной си­стеме организмов, которые могут привести к устойчивому изме­нению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Своим возникновением мутации обязаны либо случайным в раз­витии организма событиям (их обычно называют естественными или спонтанными мутациями), либо искусственно вызываемым воздействиям.

Было обнаружено, что индуцированные мутации могут воз­никать в результате радиоактивного облучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых химиче­ских веществ.

Развитие биологии и входящей в нее составной частью гене­тики еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции жи­вой природы и дало более глубокое толкование понятиям измен­чивости и наследственности, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира.

Наиболее поразительные достижения биологии уже в первой половине XX века были связаны с изучением процессов, проис­ходящих на молекулярном уровне. Исследования показали, что ген является определенной частью ДНК и носителем только оп­ределенных наследуемых свойств, в то время как ДНК — носи­тель всей наследственной информации организма. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее зна­чение для дальнейшего развития молекулярной биологии, при­чем было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеиновой кислоте).

Расшифровку молекулы ДНК произвели в 1953 году Ф. Крик (Англия) и Д. Уотсон (США). Им удалось построить модель мо­лекулы ДНК, напоминающую двойную спираль.

Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, до­стигнутые ею в этой области, ошеломляющи. Все эти успехи выдвинули биологию в ряды лидеров естествознания XX века.

Возникновение кибернетики. Кибернетика возникла в 40-х годах XX века «на стыке» ряда наук (физики, математики, био­логии, некоторых технических и социально-экономических наук) и явилась следствием ускоряющегося процесса интеграции на­учного знания. Возрастание роли процессов управления в обще­ственной практике первой половины XX столетия, развитие во­енной техники и новых форм автоматизации производства при­вели к созданию особой научной дисциплины — кибернетики.

К ее научно-техническим предпосылкам следует отнести раз­витие радиотехники и электроники, а также появление элект­ронно-вычислительных машин. Практика радиотехники послу­жила основой для создания такой важнейшей составной части кибернетики, как теория информации.

Другим направлением прогресса физико-математических наук, формировавшим теоретический фундамент кибернетики, явилась математическая логика, в рамках которой было, в част­ности, разработано учение об алгоритме.

Еще одна группа идей, подготовивших возникновение кибер­нетики, была связана с прогрессом биологических наук. Успехи в изучении высшей нервной деятельности животных и человека создали предпосылки для попыток технического моделирования некоторых психических процессов. После того как была вскры­та общность в функционировании биологических и ряда техни­ческих систем, стало возможным оформить все это в виде общей теории об управлении и связи в живых организмах и некоторых технических самоуправляемых устройствах (в искусственно со­зданных из неживого субстрата системах с самоорганизующи­мися процессами — типа автоматических вычислительных ма­шин и самонастраивающихся автоматов). Это и было сделано американским математиком Н. Винером, опубликовавшем в 1948 г. книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и ма­шине». Данная работа Винера, а также известная книга фон Неймана и О. Маргенштерна «Теория игр и оптимальное пове­дение» (1944 г.) оказались весьма продуктивными для разработ­ки электронно-вычислительной техники.

Кибернетика как одно из направлений неклассической на­уки середины XX века «обеспечивала значительное расширение поля исследуемых объектов, открывая пути к освоению слож­ных саморегулирующихся систем... Именно включение таких объектов в процесс научного исследования вызвало резкие пере­стройки в картинах реальности ведущих областей естествозна­ния. Процессы интеграции этих картин и развитие общенауч­ной картины мира стали осуществляться на базе представлений

. ■ 18 о природе как сложной динамической системе».

4.6.