Несмотря на негативное влияние церкви, развитие естествознания в средневековой Европе продолжалось. Важная роль в развитии науки принадлежит Леонардо Пизанскому (1180--1240 г.). Он ввёл арабские цифры в Европе.
Одним из наиболее известных средневековых учёных был англичанин Роджер Бэкон (1214-1292 г.). Он занимался оптикой, телескопами, изобрел очки. Его основная заслуга в том, что он подчеркивал роль эксперимента в науке и по праву считается одним из предшественников современной науки, сочетающей в себе теорию и эксперимент [2]. Его продолжателем в этом смысле стал позже Галилей.
Большую роль в подъёме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.), которые стали образовываться, начиная с XII в. И хотя эти университеты первоначально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математического и естественного направления (например, в Парижском университете группа во главе с Иорданом Неморарием развивала античное учение о равновесии простых механических устройств; в Оксфорде Томас Брадвардин (1290--1344 г.) написал трактат «О пропорциях»).
Естествознание эпохи Возрождения [8]
В эпоху Возрождения в Европе вновь ожил дух открытий. Для этой эпохи была характерна прочная связь культуры, искусства и науки. Наиболее ярким представителем эпохи итальянского Возрождения, сочетавшим в себе таланты художника, скульптора, архитектора, инженера, был Леонардо да Винчи.
Эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессом науки и радикальным изменением миропонимания, которое явилось следствием появления гелиоцентрического учения великого польского астронома Николая Коперника (1473--1543 г.), изложенного в труде «Об обращении небесных сфер» (1543 г.).
Коперник совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли (от геоцентрической системы мира).
Новое миропонимание исходило из того, что Земля одна из планет, движущихся вокруг Солнца по круговым орбитам.
Учение Коперника явилось первой в истории человечества научной революцией. Католическая церковь объявила учение Коперника ересью. Сам Коперник избежал преследования ввиду своей смерти, случившейся в том же году, в котором был опубликован его главный труд «Об обращении небесных тел» (1543 г.). Этот труд был запрещён католической церковью на протяжении двух столетий с 1616 по 1828 г.
Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям.
Одним из активных сторонников учения Коперника был знаменитый итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548-1600 г.). Но он пошёл дальше Коперника, отрицая наличие центра Вселенной вообще и отстаивая тезис о бесконечности Вселенной. Бруно говорил о существовании во Вселенной множества тел, подобных Солнцу и окружавшим его планетам. В 1600 г. Дж. Бруно был сожжен на костре.
Классическое естествознание
Вслед за эпохой Возрождения в истории Естествознания начинается так называемая эпоха Нового времени, которая охватывает, три столетия: XVII, XVIII и XIX в. В этом периоде особую роль сыграл XVII век - век создания классической механики и экспериментального естествознания, у истоков которого стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон [4].
В учении Галилео Галилея (1564--1642 гг.) были заложены основы нового механистического естествознания. Галилей сформулировал принцип инерции (тело либо находиться в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия), открыл закон свободного падения тел.
Астрономические исследования Галилея обосновывали и утверждали гелиоцентрическую систему Коперника (Галилей установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна, обнаружил 4 спутника Юпитера и др.).
Одним из крупных математиков и астрономов конца XVI - начала XVII в. был Иоганн Кеплер, открывший законы движения планет:
§ каждая планета Солнечной системы движется по эллипсу;
§ скорость движения увеличивается с приближением планеты к Солнцу.
Важные открытия были сделаны в XVII в. и в других науках, например английский врач Уильям Гарвеи (1578-1657 г.) открыл закон кровообращения. Он по праву считается основоположником современной физиологии и эмбриологии. Химия как наука возникла несколько позже других на основе древней алхимии. В конце XVIII в. благодаря работам Антуана Лавуазье и Джозефа Пристли в ней наметился существенный прогресс, проложивший путь атомистической гипотезе Джона Дальтона [11].
Закрепление самостоятельного статуса науки произошло в XVI-XVII в. и было связано с деятельностью целой плеяды великих учёных. Именно к этому времени математика становится универсальным языком науки, базисом аналитических исследований (Р. Декарт), а центральное место начинают занимать методологии, основанные на опытном установлении отношений между фактами и дальнейшем их обобщении индуктивными методами (Ф. Бэкон). Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея, принцип инерции и другие понятия непосредственно вошли в механику Ньютона, с которой и началось классическое естествознание. Наконец, нельзя не отметить важность создания огромного объёма экспериментальной информации, накопленной к XVII веку, особенно в области астрономии, а также предварительной эмпирической обработки этой информации (Тихо Браге, И. Кеплер).
Эта эпоха характеризуется определёнными особенностями. Может показаться, что история естествознания достаточно монотонна, один период сменяет другой. Но это свойственно только первым этапам, когда происходило накопление знаний. Процесс, когда вновь полученные знания как бы приклеиваются к старым, был характерен для натурфилософии античности и преднауки средневековья. С эпохой Возрождения происходит перелом в науке. Теперь движение прогресса происходит скачками, основой которых являются новые идеи и теории, радикально меняющие взглядов на мир.
Особенности неклассического естествознания
В конце 19 - начале 20 века на арену выходят новые общественные отношения и экономические теории, колоссально развивается техника. В это время начинается новый неклассический период в естествознании. Наука проникает вглубь материи. Супруги Пьер и Мария Кюри открывают явление радиоактивности, Эрнест Резерфорд строит планетарную модель атома - но эта модель не состыковывается с положениями электромагнитной теории Максвелла и поэтому на смену ей пришла квантовая модель атома Нильса Бора: в атоме существует несколько орбит по которым движутся электроны, при переходе электрона с одной орбиты на другую происходит выделение или поглощение энергии.
Подрыву классических представлений в естествознании способствовали некоторые идеи, которые зародились ещё в середине XIX века, когда классическая наука находилась в зените славы. Среди этих первых неклассических идей, в первую очередь, следует отметить эволюционную теорию Ч. Дарвина. Как известно, в соответствии с этой теорией биологические процессы в природе протекают сложным, необратимым, зигзагообразным путем, который на индивидуальном уровне совершенно непредсказуем. Явно не вписывались в рамки классического детерминизма и первые попытки Дж. Максвелла и Л. Больцмана применить вероятностно-статистические методы к исследованию тепловых явлений. Г. Лоренц, А. Пуанкаре и Г. Минковский еще в конце XIX века начали развивать идеи релятивизма, подвергая критике устоявшиеся представления об абсолютном характере пространства и времени. Эти и другие революционные с точки зрения классической науки идеи привели в самом начале XX века к кризису естествознания, коренной переоценке ценностей, доставшихся от классического наследия.
Переход к неклассическому этапу в истории естествознания, в первую очередь, связана с именами двух великих учёных XX века - М. Планком и А. Эйнштейном. Первый ввёл в науку представление о квантах электромагнитного поля, второй навсегда останется в истории человечества как автор специальной и общей теорий относительности. Буквально в течение первой четверти века был полностью перестроен весь фундамент естествознания, который в целом остается достаточно прочным и в настоящее время.
Следует иметь в виду, что решающие шаги в становлении новых представлений были сделаны в области атомной и субатомной физики, где человек попал в совершенно новую познавательную ситуацию. Те понятия (положение в пространстве, скорость, сила, траектория движения и т.п.), которые с успехом работали при объяснении поведения макроскопических природных тел, оказались неадекватными и, следовательно, непригодными для отображения явлений микромира.
В теоретический аппарат естествознания были введены понятия, которые не являются наблюдаемыми в эксперименте величинами, а лишь позволяют определить вероятность того, что соответствующие наблюдаемые величины будут иметь те или иные значения в тех или иных ситуациях. Более того, эти ненаблюдаемые теоретические объекты (например, Ш-функция Шредингера в квантовой механике или кварки в современной теории адронов) становятся ядром естественнонаучных представлений, именно для них записываются базовые соотношения теории.
Ещё одной особенностью неклассического естествознания является преобладание же упомянутого вероятностно-статистического подхода к природным явлениям и объектам, что фактически означает отказ от концепции детерминизма. Переход к статистическому описанию движения индивидуальных микрообъектов было, наверное, самым драматичным моментом в истории науки, ибо даже основоположники новой физики так и не смогли смириться с онтологической природой такого описания («Бог не играет в кости», - говорил А. Эйнштейн), считая его лишь временным, промежуточным этапом естествознания.
Далеко за рамки естествознания вышла сформулированная Н. Бором и ставшая основой в неклассической физике идея дополнительности. В соответствии с этим принципом, получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например, координаты и импульсы, кинетическая и потенциальная энергия, напряжённость электромагнитного поля и число фотонов и т.п.
Таким образом, с точки зрения неклассического естествознания невозможно не только однозначное, но и всеобъемлющее предсказание поведения всех физических параметров, характеризующих динамику микрообъектов.
Для неклассического естествознания характерно объединение противоположных классических понятий и категорий. Например, в современной науке идеи непрерывности и дискретности уже не являются взаимоисключающими, а могут быть применены к одному и тому же объекту, в частности, к физическому полю или к микрочастице (корпускулярно-волновой дуализм). Другим примером может служить относительность одновременности: события, одновременные в одной системе отсчёта, оказываются неодновременными в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой.
Произошла в неклассической науке и переоценка роли опыта и теоретического мышления в движении к новым результатам. Прежде всего, была зафиксирована и осознана парадоксальность новых решений с точки зрения «здравого смысла». В классической науке такого резкого расхождения науки со здравым смыслом не было. Основным средством движения к новому знанию стало не его построение снизу, отталкиваясь от фактической, эмпирической стороны дела, а сверху. Явное предпочтение методу математической гипотезы, усложнение математической символики всё чаще стали выступать средствами создания новых теоретических конструкций, связь которых с опытом оказывается не прямой и не тривиальной.
Данный период характеризуется появлением огромного количества открытий, некоторые из которых просто не укладывались в головах обычных людей. Ярким примером такой сенсационной теории стала теория относительности Альберта Эйнштейна, в которой он показал взаимосвязь пространства и времени. Ранее эти понятия были разобщены. Кроме всего прочего, еще одним крупным событием явилась теория о волновых свойствах материи. Так было показано, что объекты микромира ведут себя по другому в отличие от больших тел. Например - свет это и волна и частица одновременно.
Научные картины мира и научные революции
Под научной картиной мира классики естествознания понимают систематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества. Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер важнейших знаний о природе, ввели понятие «естественнонаучная картина мира». Под естественнонаучной картиной мира понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе объяснения мира.
Наука в целом развивается непрерывно, в определённые периоды выдвигаются науки, которые являются лидерами, они и определяют картину мира. Совокупность теоретико-методологических установок принятых за образец исследования, получила название парадигмы.
В истории естествознания можно выделить следующие картины мира.
1. Натурфилософская картина мира (V в. до н.э. - ХV в. н.э). Основные представители: Демокрит, Аристотель, Птоломей и др.
Основные характеристики:
- все теоретическое знание о мире обозначалось термином «философия», философы пишут трактаты о природе;
- для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом, чисто умозрительные схемы;
- деление мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир;