Введение. 
Концепции современного естествознания

Появление термина естествознание (physis) связывают с именем древнегреческого философа Аристотеля, один из трудов которого так и назывался. Естествознание тогда понималось как знание о мире в целом, который представлялся греческим мыслителям как единый живой организм и который они впервые попытались объяснить рационально. Ныне под естественно-научными дисциплинами понимают, прежде всего, физику, химию, астрономию, геологию, биологию и некоторые другие науки, противопоставляя их, с одной стороны, гуманитарным (общественным) наукам, с другой стороны — техническим. Особняком стоит математика, включаемая порой в комплекс естественных наук, но, скорее, не по предмету своего изучения, а как методология [1].

Видный психиатр Эрик Берн [2] применяет название физис для обозначения естественной движущей силы развития человеческой личности. В свете современной тенденции к объединению естественнонаучного и гуманитарного знания такое толкование «физики» представляется правомерным и далеко ведущим. Понимание основных принципов устройства мироздания и места современного человека в нем представляется столь же необходимым элементом культуры, как знание мировой литературы, истории или живописи.

«В науке о природе надо определить прежде всего то, что относится к началам», — утверждал Аристотель [3]. Так появилась физика — наука о наиболее общих, основных, «начальных» законах движения материи, позже выделяются вполне самостоятельные области физики, имеющие свои специфические объекты исследования и свои специфические методы исследования (рис. 1). Аналогичным путем дифференциации развивались и другие области естествознания, этот процесс продолжается и в настоящее время.

Рис. 1. Схема дифференциации физики

Например, в биологии недавно появилась такая область науки, как сравнительная геномика, которая с помощью мощнейших методов компьютерного анализа сравнивает гены и геномы разных организмов.

В общем случае можно записать следующую «формулу» становления частных наук:

Наука = Объекты + Методы исследования.

Аристотель дал следующее определение, справедливое до сих пор: Наука — это знание, основанное на доказательстве. Он же разделил науки на три группы: теоретические, практические и творческие.

В теоретических науках познание ведется ради него самого. Практические лежат в основе производственной деятельности человека, а целью творческих наук является достижение Прекрасного.

Среди теоретических наук Аристотель выделял математику, физику (основу естествознания) и то, что позднее было названо метафизикой. К последней относились те «начала», которые недоступны для органов чувств человека и которые могут быть постигнуты только интуитивно, умозрительно. Можно сказать, что физика стала в дальнейшем основой науки, изучающей воспроизводимые явления в количественных измерениях, тогда как метафизика явилась обоснованием для оккультизма и мистики, веры в сверхъестественные силы и паранормальные явления.

В XIX в. Ф. Энгельс разделял науки на естественные и общественные. (Иронизируя по этому поводу, академик Л. Д. Ландау говорил, что науки делятся на естественные и неестественные.) В XX в. классификация наук производилась по объектам изучения: явления природы, тела и предметы природы, неживая природа, живая природа.

Наряду с появлением обособленных областей естествознания, во второй половине XX в. появились науки интегративные, которые не укладывались в рамки принятой классификации. Ярким примером является экология, объектами которой являются как живая, так неживая природа, производственная деятельность человека и ее социальные последствия. Другим примером может быть синергетика — наука о явлениях самоорганизации в живой и неживой природе. К числу интегративных наук следует отнести и современное естествознание. Оно рассматривает взаимосвязь человека с природой и направлено на поиски общих оснований (концепций), объясняющих наблюдаемое разнообразие объектов и явлений окружающего мира.

Необходимо отметить единство процессов дифференциации и интеграции научного знания. Чем более наука вскрывает общие связи, тем глубже она уясняет суть деталей, а отсюда следует и дифференциация научного знания. С другой стороны, чем глубже проникает наука в суть деталей, тем лучше она вскрывает связи между различными областями действительности, а отсюда следует и интеграция науки.

В настоящее время понятие наука является многоплановым. Это и высшая форма человеческих знаний, и способ познания мира, и социальный институт, и компонент духовной культуры человечества. Отличительными чертами научного знания являются:

• • осознанность и целенаправленность получения знания;
• • его непротиворечивость и согласованность;
• • системная упорядоченность;
• • объективность установленных законов и закономерностей;
• • логическая выводимость одних знаний из других;
• • однозначность и лаконичность языка науки;
• • большой прогностический потенциал.

Американские социологи Элвин и Хайди Тоффлеры отмечают следующие важные характеристики научного знания [4]:

• • научное знание является возобновляемым ресурсом и не уменьшается от того, что миллионы людей им пользуются;
• • знание нематериально, его нельзя потрогать или взвесить, но им можно манипулировать (например скрывая часть знания в каких-либо целях);
• • знание, переведенное в биты информации, может транслироваться по всему миру;
• • однажды открытое знание трудно «запечатать в бутылку», оно «вытекает»;
• • знание нелинейно и единичные озарения могут приносить огромные результаты;
• • чем больше знаний по отдельным областям, тем более разнообразными и полезными могут быть их комбинации;
• • знание без воспитания и культуры может служить «мечом» в руках сумасшедшего.

Развитие любой науки, в том числе и естествознания, происходит на основе нескольких фундаментальных принципов. В частности, это принципы рациональности, верификации и опровержимости (иногда используют термин «фальсифицируемость») [5].

Принцип рациональности выступает в качестве ориентира на определенные нормы, идеалы научности, эталоны научных знаний, и является основным средством обоснованности знания. Принцип верификации используется для установления истинности научных утверждений в результате их эмпирической проверки. Он позволяет в первом приближении отграничить научное знание от явно вненаучного. При этом различают:

• • непосредственную верификацию, как прямую проверку утверждений, формулирующих данные наблюдения и эксперимента;
• • косвенную верификацию, как установление логических отношений между косвенно верифицируемыми утверждениями.

Что касается третьего принципа, то он определяет возможность достижения в науке только относительной истины. В этом отличие науки от религии, где многие положения считаются абсолютной истиной и не подлежат сомнению.

Согласно К. Попперу, любое знание, если оно является научным, должно допускать существование процедуры собственного возможного, в принципе, опровержения (фальсификации). Роль принципа фальсифицируемости в том, что он делает любое достигнутое к настоящему времени научное знание относительным, т. е. лишает его абсолютности, неизменности, законченности.

Наиболее важными функциями науки являются:

• • описание объектов (предметов) изучения и процессов, происходящих с ними (процессов взаимодействия);
• • объяснение наблюдаемых явлений и процессов в рамках определенной теории, имеющей пределы своей применимости;
• • прогноз возможного применения научных знаний в производственной и общественной (социальной) сфере;
• • мировоззренческая, определяющая понимание места человека в природе и его взаимоотношение с ней;
• • образовательная, в рамках которой на базе различных областей знаний создаются соответствующие учебные дисциплины (учебные курсы).

Традиционные школьные и многие вузовские курсы физики не учитывают все возрастающей роли знаний о живом веществе нашей планеты, открытий в молекулярной генетике, исследований информационных потоков на уровне генома человека. Фрактальный характер окружающего мира и его самоорганизуемость на всех уровнях структурной иерархии материи не находят в них необходимого отражения.

С учетом этих фактов в структуру цикла общих естественнонаучных дисциплин базового высшего образования студентовгуманитариев включена дисциплина «Концепции современного естествознания» с целью формирования у них целостного взгляда на окружающий мир [6].

Она представляет собой продукт междисциплинарного синтеза на основе комплексного эволюционно-синергетического и историкофилософского подхода к современному естествознанию. Ее появление в Государственных образовательных стандартах обусловлено тем фактом, что сейчас методология рационального естествознания активно проникает и в гуманитарную сферу, участвуя в формировании сознания общества [7].

Согласно Государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования, данная дисциплина включена в обязательный минимум содержания профессиональных образовательных программ более чем по 20 направлениям подготовки бакалавров и специалистов.

Задачи курса КСЕ:

• • формирование ясного представления о физической картине мира, как основе целостности и многообразия природы;
• • изучение и понимание сущности ограниченного числа фундаментальных законов природы, составляющих каркас современных физики, химии, биологии, а также ознакомление с принципами моделирования природных явлений;
• • понимание необходимости смены языка описания природных процессов по мере их усложнения от макроскопических систем к квантовым, от неживых систем — к живой клетке, организму, биосфере;
• • формирование представлений о принципах универсального эволюционизма и синергетики;
• • осознание проблем экологии и общества в их связи с основными концепциями и законами естествознания;
• • понимание роли человека как наиболее разумной части природы и ответственности человека за ее сохранение.

Поскольку вес науки и естествознание в целом находятся в развитии, то термин «современное» имеет относительное значение. Находясь в начале XXI века, можно поставить следующие условные рамки периодов становления естествознания:

до 1900 г. — классическое;

1900;1960 гг. — неклассическос (квантовое);

после 1960 г. — постнеклассическое (современное).

Основанием для принятия начала 60-х гг. как рубежа оформления постнеклассического (современного) естествознания служит расшифровка структуры ДНК и кодонов, создание теории регуляции активности генов, разработка кварковой теории микрочастиц, выход человека в околоземный космос. В этот период времени происходит объединение принципов и методов отдельных наук, поворот к выбору общих объектов исследования.

Так, живая клетка и ее генные структуры исследуются методами радиографии, химии, физики, системного анализа, кибернетики. Появились общие интересы у таких далеких, казалось бы, дисциплин как астрофизика и физика элементарных частиц. К концу XX столетия, наряду с изучением свойств физического вакуума как формы существования и движения материи, изучением экстремальных состояний вещества в центрах галактик, все большее развитие получают исследования объектов живой природы («умных» генов, дефектов структуры ДНК и белков), процессов функционирования мозга и нервной системы, исследования внутреннего мира человека.

Как следует из перечня задач курса, объектом изучения в современном естествознании является человек и окружающий его мир. Методы исследования, используемые в естествознании, можно разделить (классифицировать) по нескольким основаниям. Например, выделить методы эмпирического (опытно-практического) и теоретического исследования. В первую группу входят наблюдение, описание, измерение, эксперимент. Во вторую — формализация, аксиоматизация, гипотстизация.

Общенаучными методами естествознания являются: сравнение (сопоставление), обобщение, классификация, анализ, синтез, абстрагирование, аналогия, индукция и дедукция, моделирование.

В настоящее время все большую роль в естествознании играет компьютерное моделирование. С его помощью исследованы глобальные последствия военных конфликтов с применением ядерного оружия, обнаружена стадия образования протозвезд при формировании новых звезд, разрабатываются новые биологически активные и лекарственные вещества.

Появилось понятие виртуальной реальности. Первоначально под этим понимали отражение информации, получаемой с помощью компьютерной модели объекта или процесса, в чувственно воспринимаемой человеком форме, как правило — в визуальной форме трехмерных изображений.

Широкие возможности компьютерной обработки изображений и компьютерная анимация были очень быстро осознаны и востребованы в гуманитарной культуре. В кино и на телевидении появились произведения, совмещающие реальные события (например фильмы.

3. Рыбчинского «Манхэттен» или «Вашингтон», см. рис. 2) и реальных актеров, эстрадных исполнителей, ведущих телешоу с персонажами, созданными компьютерными программами.

Рис. 2. Кадр из фильма «Маихеттен».

В стакане с водой находятся родители девочки

Так в повседневности проявилось влияние современной науки на современную культуру. С другой стороны, появляется и проблема взаимоотношений человека с этой новой искусственной реальностью. По некоторым прогнозам эта проблема, наряду с проблемами внутреннего мира человека, будет входить в круг интересов естествознания XXI века.

Можно сказать, что виртуальная реальность является одним из примеров единства и взаимодействия двух компонент культуры — естественно-научной и гуманитарной. Общность двух компонентов состоит в том, что:

• • они созданы и приобретаются в социальной практике, необходимы для развития личности;
• • имеют общую духовную компоненту в психической деятельности;
• • взаимно стимулируют свое развитие, используя достижения в двух областях;
• • создают общую основу общения, образования, воспитания.

Наряду с этой общностью имеется и различие в двух подходах к освоению окружающей человека действительности. Естествознание направлено на природу, научные знания отличаются объективностью, рациональностью, достоверностью и они основаны на однозначных понятиях. Тогда как гуманитарная культура преимущественно направлена на самого человека, основана на субъективных чувствах и эмоциях, здесь важны понятия ценности гуманитарного знания (идеалы красоты и совершенства, добра, свободы, гуманизма и др.).

В соответствии с происходящими изменениями, для современного периода характерно формирование новой парадигмы естествознания. Поясним этот и некоторые другие взаимосвязанные термины.

Парадигма: Рамочная концепция, основанная на общих признаках и принципах взаимодополняющих концепций, позволяющая определить общий подход к выработке концепций и постановке новых проблем на данном этапе развития человеческого общества.

Концепция: Совокупность главных идей, методов исследования и описания результатов.

Проблема: Постановка таких вопросов или целей исследований, ответ на которые требует не только использования известных законов, но и получения новых знаний.

Рис. 3. Схема взаимосвязей при формировании парадигмы

Проблемы обычно возникают в противоречивых ситуациях в физике и других науках. Появление новых проблем стимулирует формирование новых концепций, что затем приводит к появлению новой парадигмы. Как правило, смена парадигмы в науке сопровождается заметными изменениями в гуманитарной культуре, экономике, человеческой цивилизации в целом.

Примеры смены парадигмы:

Плоская Земля — Земной шар

Геоцентристская система — Гелиоцентристская система Механика Ньютона — Квантовая механика

В настоящее время в естествознании все четче выделяется тенденция к смене парадигмы. Она еще не «выкристаллизовалась» окончательно, но основные направления уже вполне определились. Тенденции в формировании современной естественно-научной парадигмы:

• 1. Переход от дробления (дифференциации) наук к их объединению (интеграции).
• 2. Учет роли и особенностей человека в процессе получения нового знания.
• 3. От покорения природы к гармонии и единству с ней.
• 4. Объединение гуманитарной и естественно-научной компонент культуры.

Еще одной мощной концептуальной установкой в современном естествознании является антропный принцип. Если постараться выразить его в форме лозунга, то (по нашему мнению) он должен звучать гак: «Творцом Человека является Вселенная!». В альтернативном варианте высказывания антропный принцип обычно формулируют в виде утверждения «Вселенная такова, какова она есть, потому, что в ней существует Человек».

Поясним суть антропного принципа качественным ретроспективным анализом, опираясь на следующие факты:

• • разумны только живые существа;
• • для возникновения жизни необходимы атомы и молекулы (частицы микромира);
• • ядра, которые тяжелее ядер водорода и гелия, возникают в недрах звезд (термоядерный синтез в мегамире);
• • для синтеза необходимого количества ядер тяжелых элементов требуется временной интервал порядка десятков миллиардов лет;
• • такие интервалы возможны только во Вселенной, существующей нс менее миллиардов лет.

При меньшем «возрасте» Вселенной человека в ней не было бы.

Созвучно приведенным выше тенденциям, современные философы призывают изучать и ставить целью будущих исследований коэволюцию (совместную эволюцию) Человека и Природы [8]. Таким образом, вырисовывается все большая «вовлеченность» человека, как объекта исследований, в современное естествознание.

В данном кратком курсе КСЕ мы рассмотрим далее в общих чертах путь, пройденный естествознанием в область микромира, а также концепцию эволюции Вселенной и ее структурных составляющих. Это необходимо для того, чтобы яснее представить себе причины и пространственно-временные рамки образования Солнечной системы, появления живых организмов на Земле и неизбежность эволюции к человеку разумному (Homo sapiens). Тогда будет понятен смысл вышеприведенного лозунга.

Общая опорная схема курса приведена на рис. 4.

Рис. 4. Опорная схема курса

Поясним ее в общих чертах. Естествознание, как наука, описывает движение материи в пространственно-временном континууме. Он будет рассмотрен в одной из последующих глав. В нем, в зависимости от пространственного масштаба изучаемых явлений или процессов, обычно выделяют три «вложенных» друг в друга мира, или три уровня организации материи. Это микромир (область размеров менее 1(Г¹⁰м), макромир (область размеров примерно до 1()⁷м, что сопоставимо с диаметром Земли) и мегамир (область вселенной, доступная для наблюдения человеком, примерно до 10²⁷ м).

На уровне макромира в определенное время возникает живое вещество, состоящее из тех же микрочастиц, что и неживое, но более сложно организованное. Затем появляется разум, носителем которого является Homo sapiens. С его эволюцией и историей человеческого общества связано появление еще одного мира — мира знаний и духовной культуры. Его мы обозначили на опорной схеме как инфомир, или мир идеального. В этом мире, созданном разумом человека, мы осознаем настоящее, исследуем в ретроспективе прошлое, пытаемся составить прогноз будущей совместной эволюции (коэволюции) разума и природы.

Осознавая настоящее, важно отметить, что на современном этапе развития человеческого общества наблюдается переход от производства и преобразования энергии и веществ к расширенному производству информации (знаний), ее преобразованию, передаче, хранению и использованию. По этой причине современную цивилизацию называют постиндустриальным или информационным обществом. Кроме того, установлено, что общий объем накопленной в инфомире информации намного превосходит тот объем информации, который может быть передан по наследству генетическим путем от родителей детям. Эволюционно достигнут, по-видимому, предел объема информации, которую природа может «записать» в ДНК человека. Дальнейший рост информации в ДНК чреват появлением большого числа ошибок в генетическом аппарате. Но в то же время оценки ряда ученых показывают, что мозг человека способен вместить в тысячу раз больше информации, чем ее содержится в ДНК человека.

Отсюда следует, что развитие человека во все большей мере зависит от внегенетической информации, от инфомира знаний — в первую очередь.

Именно знания о природе и человеке в ней (естествознание!) могут позволить преодолеть определенные риски в развитии человечества, так называемые цивилизационные кризисы. Среди них отмечают стремительный рост численности населения Земли, растущее потребление невозобновляемых ресурсов планеты, рост энергопотребления. Совместная эволюция разума и природы возможна в том случае, если потребности человека будут согласованы, на основе знаний, с возможностями (лучше сказать ресурсами) природы.

Необходимо отметить, что в последние годы знания становятся экономически важным фактором, не случайно все чаще появляется словосочетание «экономика знаний». Знания персонала фирм и организаций становятся их конкурентным преимуществом. Многие фирмы поощряют прирост знаний, не обязательно тесно связанных с производственной необходимостью, у своих сотрудников. В качестве показательного примера приведем следующие данные.

Рыночная стоимость компании Microsoft составляет примерно 375 млрд долларов. В том числе материальные активы (т. е. здания, сооружения, оборудование и т. п.) составляют всего 14 млрд долларов. Все остальное — это оценка рынком стоимости нематериальных активов компании, т. е. интеллектуальной собственности, созданной персоналом, и знания самого персонала, способные принести экономическую выгоду.

Учитывая то обстоятельство, что данный курс предназначен в первую очередь для студентов гуманитарных направлений, рассмотрение многих естественно-научных проблем мы будем вести на уровне выделения главных идей, схем и образов без углубленной математической проработки.