Чтение онлайн

Перечисление имен и открытий ученых, работавших на этом этапе, составило бы целую энциклопедию. Практически все, что вы изучали в школе и изучаете в вузе по естественнонаучным предметам, относится именно к этому этапу. Назовем лишь некоторые события и имена ученых (рис. 1.7), которые являются знаковыми для различных областей естествознания.

Астрономия: 1543 г. – создание Н. Коперником гелиоцентрической системы мира, согласно которой Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого вращается Земля и другие планеты. Заметим, что по дате – это событие переходного этапа, но по своему значению, оно несомненно относится к научному, поскольку положило начало первой научной революции.

Физика: 1687 г. – выход книги И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», которая заложила основы классической механики и всей физики как науки.

Биология: 1859 г. – публикация труда Ч. Дарвина «Происхождение видов», который положил начало эволюционной биологии и эволюционной концепции всего естествознания в целом.

Химия: 1869 г. – открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона и создание Периодической таблицы химических элементов.

Рис. 1.7. Великие ученые нового времени

Научный этап развития естествознания – очень короткий: всего одна секунда по шкале Карла Сагана (на этой шкале 1 год соответствует времени жизни Вселенной от Большого взрыва до наших дней). Но при этом надо понимать, что любые достижения цивилизации: тепло и свет в наших домах, автомобили, поезда, самолеты, компьютеры, мобильные телефоны, средства лечения страшных болезней и многое-многое другое, – результат деятельности огромной когорты естествоиспытателей, как всемирно известных, так и рядовых, которые неустанно работают во благо науки.

Что же обусловило такой качественный скачок в познании природы после двух тысячелетий сравнительно плавного развития событий? Ключевой момент, ознаменовавший научный этап развития естествознания, – разработка и широкое проникновение в практику исследования природы особого метода исследования – научного метода. Он пришел на смену умозрительному методу, предложенному еще Аристотелем. Родоначальники научного метода – ученые-естествоиспытатели XVII века: Ф. Бэкон, Р. Декарт, Г. Галилей. Именно научный метод позволил преодолеть такие веками существовавшие заблуждения как «движимое движется», «тяжелые тела падают быстрее легких» и многие другие, и стал тем компасом, который указывает направление поиска ученым всего мира во всех областях естествознания. Описанию этого метода посвящены следующие параграфы данной главы.

Термин «методы научного познания». Слово «метод» происходит от древнегреческого «» – путь познания, исследования, и означает последовательность действий, направленную на достижение определенной цели. Методами научного познания называют методы получения новых научных знаний: наблюдение, эксперимент, выдвижение гипотезы, моделирование и др. Все формулировки законов, постулатов, основных положений, все важнейшие формулы, все определения явлений, величин и объектов в любом из учебников по физике, биологии, химии и др. – результат применения методов научного познания.

Роль методов научного познания очень велика. Ф. Бэкон образно иллюстрировал эту роль следующим сравнением: «Хромой калека, идущий по верной дороге, может обогнать рысака, если тот бежит по неправильному пути. Даже более того, чем быстрее бежит рысак, раз сбившись с пути, тем дальше его оставит за собой калека». Сравнение метода с дорогой весьма наглядно. Но дороги необходимо прокладывать и какого-либо универсального метода не существует: каждое новое открытие требует либо изобретения нового метода, либо приспособления известного к новым условиям. В этой связи советский физик Л. Ландау писал: «Метод важнее результата, с помощью метода можно получить много новых результатов».

Термин «научный метод». Методы научного познания в совокупности образуют научный метод. Г. Галилей выделял четыре этапа научного метода: 1) чувственный опыт; 2) выдвижение гипотезы в виде аксиомы; 3) математическое развитие гипотезы, вывод следствий; 4) экспериментальная проверка гипотезы и следствий (рис. 1.8).

Важнейшая особенность научного метода состоит в том, что он исключает субъективное толкование результатов. Ни рассуждения с позиции «здравого смысла», ни ссылки на авторитеты, ни самые строгие математические выкладки не могут служить основаниями для утверждения, что то или иное знание истинно. Единственный судья в научных спорах – эксперимент, который может быть воспроизведен в разных лабораториях, разными людьми, и потому полученное знание носит объективный характер.

Здравый смысл и умозрительный метод привели Аристотеля к утверждению «движется только движимое», согласно которому причиной движения любого тела является приложенная к нему сила. В пользу этого утверждения он приводил множество примеров «насильственных» движений: вьется пыль, увлекаемая ветром; муравьи тащат мертвую гусеницу; быки везут повозку в город. Но вот стих ветерок и улеглась пыль на дороге; разбежались муравьи и гусеница осталась лежать неподвижно; остановились быки – перестала двигаться повозка. В течение почти двадцати столетий этот закон движения просуществовал в неизменном виде. Авторитет Аристотеля был незыблем.

Рис. 1.8. Научный метод по Г. Галилею

Лишь в XVII веке Г. Галилей усомнился в справедливости этого закона. Чувственный опыт дает нам и другие примеры: нет тела, которое бы в каждый момент времени толкало по параболе стрелу, выпущенную из лука, или двигало бы все выше и выше мячик, подброшенный над землей. Галилей проводит мысленный эксперимент и выдвигает гипотезу о том, что состояние равномерного прямолинейного движения (движения по инерции) – естественное состояние тела.

Пусть тело движется по наклонной плоскости. Движение вниз будет равноускоренным, а движение вверх – равнозамедленным. Далее Галилей рассуждает так «… теперь скажите, что будет с тем же телом на плоскости, которая ни вниз не опускается, ни вверх не поднимается? Ясно, что тело будет двигаться столько времени, сколько хватит плоскости… Когда тело движется по горизонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивления, то… движение его является равномерным и продолжалось бы бесконечно» (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Мысленный эксперимент Г. Галилея

Если эта гипотеза верна, то уменьшая трение, мы будем все более приближать движение тела к равномерному прямолинейному. Опыты, в которых разные тела скатываются с наклонной плоскости на горизонтальные поверхности, изготовленные из разных материалов, показывают, что чем более гладкая поверхность, тем меньше меняется скорость тела и тем больший путь оно проходит.